特許 6796906 冷媒熱交換器及びこれを備えた二次冷媒式冷凍装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6796906

(24)【登録日】2020年11月19日

(45)【発行日】2020年12月9日

(54)【発明の名称】冷媒熱交換器及びこれを備えた二次冷媒式冷凍装置

(51)【国際特許分類】

   F28F 3/04 20060101AFI20201130BHJP

   F25B 39/00 20060101ALI20201130BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20201130BHJP

   F28D 9/00 20060101ALI20201130BHJP

【ＦＩ】

   F28F3/04 A

   F25B39/00 G

   F25B1/00 399Y

   F28D9/00

【請求項の数】2

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2017-111990(P2017-111990)

(22)【出願日】2017年6月6日

(65)【公開番号】特開2018-204886(P2018-204886A)

(43)【公開日】2018年12月27日

【審査請求日】2019年8月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000148357

【氏名又は名称】株式会社前川製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100092853

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 亮一

(72)【発明者】

【氏名】大須賀 延王

(72)【発明者】

【氏名】白戸 匠

(72)【発明者】

【氏名】竹田 正人

(72)【発明者】

【氏名】首代 英樹

【審査官】 河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１２１３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０８３８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０４５６７１３２（ＣＮ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１７／０６８０７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０６−２７２９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９６５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／００２７８４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｆ ３／０４

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｂ ３９／００

Ｆ２８Ｄ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒状のシェルを備える中空容器と、該中空容器内に収容されたプレート重合体を備え、
前記プレート重合体を、同一部位に孔が形成された２枚のプレートを重ね合わせ、これらのプレートの各孔の周縁同士を溶接して成るペアプレートを複数重ね合わせ、隣接する２つの前記ペアプレートの外周縁同士を溶接して構成し、
前記各プレートに形成された前記孔を連ねて前記プレート重合体を貫通する貫通流路を形成するとともに、前記中空容器の内部空間に開放された第１の通路と、前記内部空間に対して閉鎖され且つ前記貫通流路に連通する第２の通路とを複数の前記プレート間に交互に形成し、
前記中空容器の内部空間から前記第１の通路を流れる一次冷媒と、前記貫通流路から前記第２の通路を流れる二次冷媒とを前記プレートを介して熱交換させるシェルアンドプレート式の冷媒熱交換器において、
前記プレートを楕円板で構成するとともに、前記プレート重合体を、前記プレートの短軸が上下方向となり、且つ、その軸心が前記中空容器の軸心に対して下方にオフセットするよう下方に偏位させて配置し、
前記中空容器のシェルと前記プレート重合体との間の径方向隙間に、軸方向に長い丸棒状の充填材を充填し、
前記中空容器の内部空間の前記プレート重合体の上方の空間に、一次冷媒液を分配しながら前記内部空間に噴射するディストリビュータと、前記第１の通路を流れる過程における二次冷媒ガスとの熱交換によって気化した一次冷媒ガスを吸入する吸入ヘッダとを配置したことを特徴とする冷媒熱交換器。

【請求項2】

一次冷媒が各種冷凍サイクル構成機器を通過しながら循環することによって冷凍サイクルが繰り返される一次冷媒回路と、二次冷媒が循環することによって冷却負荷を冷却する二次冷媒回路とを、請求項１に記載の冷媒熱交換器によって接続して構成されることを特徴とする二次冷媒式冷凍装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シェルアンドプレート式の冷媒熱交換器とこれを備えた二次冷媒式冷凍装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

冷凍装置においては、冷媒が冷媒回路に設けられた圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器等の冷凍サイクル構成機器を通過しながら状態変化することによって冷凍サイクルが繰り返され、これによって冷却負荷が冷却される。

【0003】

ところで、冷凍装置の冷媒には従来からフロン系冷媒が用いられていたが、フロン系冷媒は、オゾン層の破壊や地球温暖化等の自然破壊を招くため、近年は冷媒としてＮＨ_３（アンモニア）やＣＯ_２（二酸化炭素)等の自然冷媒が用いられるようになっている。特に、ＮＨ_３は冷凍能力が高いため、大型冷凍装置に多く用いられている。

【0004】

しかしながら、ＮＨ_３は毒性を有しているため、室内の空調や食品等の冷凍に用いられる冷凍装置として、一次冷媒にＮＨ_３を用いた冷凍サイクル構成機器に対して、無害なＣＯ_２を冷凍庫等の冷却負荷側の二次冷媒として用いる二次冷媒式冷凍装置（ＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置）が採用されつつある（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

斯かる二次冷媒式冷凍装置（ＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置）においては、一次冷媒（ＮＨ_３）が各種冷凍サイクル構成機器を通過しながら循環することによって冷凍サイクルが繰り返される一次冷媒回路と、二次冷媒（ＣＯ_２）が循環することによって冷却負荷を冷却する二次冷媒回路とが冷媒熱交換器（ＣＯ_２液化器）によって接続されている。

【0006】

ところで、冷媒熱交換器（ＣＯ_２液化器）としては、熱交換効率の高いシェルアンドプレート式熱交換器が多く用いられている。ここで、特許文献２において提案された冷媒熱交換器を図８及び図９に基づいて説明する。

【0007】

即ち、図８は特許文献２において提案された冷媒熱交換器の破断側面図、図９は図８のＤ−Ｄ線断面図であり、図示の冷媒熱交換器１０８は、一次冷媒としてＮＨ_３、二次冷媒としてＣＯ_２を使用するＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置に設けられるものであって、円筒状のシェル１３０ａを備える中空容器１３０と、該中空容器１３０内に収容されたプレート重合体１３１を備えている。

【0008】

上記プレート重合体１３１は、表裏面に不図示の凹凸パターンが形成された円板状の複数のプレート１３２を重ね合わせて構成されており、これの上下には軸方向（図８の左右方向）に沿う水平な貫通流路１３５，１３６がそれぞれ形成されている。そして、このプレート重合体１３１においては、中空容器１３０の内部空間Ｓに開放された不図示の第１の通路と、内部空間Ｓに対して閉鎖され且つ前記貫通流路１３５，１３６に連通する不図示の第２の通路とが複数のプレート１３２間に交互に形成されている。ここで、プレート重合体１３１は、中空容器１３０の内部空間Ｓに下方に偏位した状態で配置されており、内部空間Ｓのプレート重合体１３１の上方に形成される空間には、ＮＨ_３散布管１３７と吸入ヘッダ１４０が配置されている。そして、ＮＨ_３散布管１３７と吸入ヘッダ１４０には、ＮＨ_３冷媒が循環する不図示の一次冷媒回路の冷媒配管１０２ｃ，１０２ｄがそれぞれ接続されている。又、プレート重合体１３１に形成された上下の貫通流路１３５，１３６には、ＣＯ_２冷媒が循環する不図示の二次冷媒回路の冷媒配管１０３ｃ，１０３ｄがそれぞれ接続されている。

【0009】

而して、冷媒配管１０２ｃからＮＨ_３散布管１３７へと導入されるＮＨ_３冷媒液は、ＮＨ_３散布管１３７から中空容器１３０の内部空間Ｓへと散布され、この散布されたＮＨ_３冷媒液は、プレート重合体１３１に形成された不図示の第１の通路を流れる。これに対して、冷媒配管１０３ｃからプレート重合体１３１の貫通流路１３５へと導入されるＣＯ_２冷媒ガスは、プレート重合体１３１の不図示の第２の通路を流れる過程で、第１の通路を流れるＮＨ_３冷媒液との間で熱交換し、ＮＨ_３冷媒液から蒸発潜熱を奪われて液化し、ＮＨ_３冷媒液は、ＣＯ_２冷媒ガスから蒸発潜熱を奪って気化する。

【0010】

そして、冷媒熱交換器１０８において液化したＣＯ_２冷媒は、冷媒配管１０３ｄから排出されて二次冷媒回路を循環することによって冷凍庫等の冷却負荷を冷却する。又、冷媒熱交換器１０８において気化したＮＨ_３冷媒ガスは、中空容器１３０の内部空間Ｓを上昇し、吸入ヘッダ１４０から冷媒配管１０２ｄへと流れて不図示の圧縮機へと吸入されて圧縮され、一次冷媒回路を状態変化しながら循環する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２０１４−００１８６１号公報

【特許文献2】特開２０１５−１２１３９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

ところで、特許文献２において提案された図８及び図９に示す冷媒熱交換器（ＣＯ_２液化器）１０８を備える二次冷媒式冷凍装置（ＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置）においては、一次冷媒回路のＮＨ_３冷媒の充填量を少なく抑えて冷媒熱交換器１０８の小型コンパクト化とコストダウンを図ることが望まれる。

【0013】

しかしながら、図８及び図９に示す従来の冷媒熱交換器（ＣＯ_２液化器）１０８においては、プレート重合体１３１に複数の円板状のプレート１３２（図９参照）を用いているため、各プレート１３２と中空容器１３０のシェル１３０ａとの間に形成される径方向隙間（プレート１３２の両横部の隙間）が大きくなり、結果的にＮＨ_３冷媒の充填量が多くなってしまう。このため、図９に示すように、プレート１３２の両横部の隙間にゴム製の充填材１４６を詰めることが行われているが、この充填材１４６のサイズが大きいためにコストが高く、冷媒熱交換器１０８のコストアップを招いてしまう。

【0014】

従って、本発明の第１の目的は、小型コンパクト化とコストダウンを図ることができる冷媒熱交換器とこれを備えた二次冷媒式冷凍装置を提供することにある。

【0015】

又、図８及び図９に示す従来の冷媒熱交換器（ＣＯ_２液化器）１０８においては、プレート重合体１３１に複数の円板状のプレート１３２を用いているため、中空容器１３０の内部空間Ｓにおいてプレート重合体１３１の上方に形成される空間が比較的小さく、この空間に配置される吸入ヘッダ１４０に向かうＮＨ_３冷媒ガスの速度が比較的大きくなる。このため、ＮＨ_３冷媒ガスに含まれるミスト（液滴）の重力沈降による分離性能が低下し、ミスト（液滴）が圧縮機に吸引される液バックが発生し、圧縮機の破損等の種々の不具合を招くという問題がある。

【0016】

上記問題の液バック防止策として、細かい鉄線を或る開口率や厚さになるように編んだ金網（デミスタ）をプレート重合体１３１の上部に設けるデミスタ方式がある。冷媒熱交換器（ＣＯ_２液化器）１０８におけるＮＨ_３冷媒ガスの圧力は、蒸発温度が低いときに真空圧力であるため、ＮＨ_３冷媒ガス通路における圧力損失は、二次冷媒式冷凍装置の冷凍能力を低下させるとともに、本来ＣＯＰ（成績係数）の高い二次冷媒式冷凍装置の特長に悪影響を与えることになる。

【0017】

従って、本発明の第２の目的は、大型化とコストアップを招くことなく、液バックの発生を防ぐことができる冷媒熱交換器とこれを備えた二次冷媒式冷凍装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0018】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、円筒状のシェルを備える中空容器と、該中空容器内に収容されたプレート重合体を備え、前記プレート重合体を、同一部位に孔が形成された２枚のプレートを重ね合わせ、これらのプレートの各孔の周縁同士を溶接して成るペアプレートを複数重ね合わせ、隣接する２つの前記ペアプレートの外周縁同士を溶接して構成し、前記各プレートに形成された前記孔を連ねて前記プレート重合体を貫通する貫通流路を形成するとともに、前記中空容器の内部空間に開放された第１の通路と、前記内部空間に対して閉鎖され且つ前記貫通流路に連通する第２の通路とを複数の前記プレート間に交互に形成し、前記中空容器の内部空間から前記第１の通路を流れる一次冷媒と、前記貫通流路から前記第２の通路を流れる二次冷媒とを前記プレートを介して熱交換させるシェルアンドプレート式の冷媒熱交換器において、前記プレートを楕円板で構成するとともに、前記プレート重合体を、前記プレートの短軸が上下方向となり、且つ、その軸心が前記中空容器の軸心に対して下方にオフセットするよう下方に偏位させて配置し、前記中空容器のシェルと前記プレート重合体との間の径方向隙間に、軸方向に長い丸棒状の充填材を充填し、前記中空容器の内部空間の前記プレート重合体の上方の空間に、一次冷媒液を分配しながら前記内部空間に噴射するディストリビュータと、前記第１の通路を流れる過程における二次冷媒ガスとの熱交換によって気化した一次冷媒ガスを吸入する吸入ヘッダとを配置したことを特徴とする。

【0024】

請求項２に記載の発明は、一次冷媒が各種冷凍サイクル構成機器を通過しながら循環することによって冷凍サイクルが繰り返される一次冷媒回路と、二次冷媒が循環することによって冷却負荷を冷却する二次冷媒回路とを、請求項１に記載の冷媒熱交換器によって接続して二次冷媒式冷凍装置を構成した特徴とする。

【発明の効果】

【0025】

請求項１に記載の発明によれば、冷媒熱交換器の中空容器に収容されたプレート重合体を形成する複数のプレートを楕円板で構成し、プレート重合体を、プレートの短軸が上下方向となり、且つ、その軸心が中空容器の軸心に対して下方にオフセットするよう下方に偏位させて配置したため、該プレート重合体と中空容器のシェルとの間の径方向隙間（プレートの両横部の隙間）が小さく抑えられる。このため、一次冷媒の充填量を減らして中空容器、延いては冷媒熱交換器の小型コンパクト化とコストダウンを図ることができる。

【0026】

又、中空容器のシェルとプレート重合体との間に小さな径方向隙間に丸棒状の充填材を充填したため、中空容器の内部空間において一次冷媒が占める容積が小さく抑えられて該一次冷媒の充填量が更に減少し、その分だけ中空容器、延いては冷媒熱交換器を更に小型化してコストダウンを図ることができる。そして、充填材として小径のものを使用することができるため、該充填材のコストを低く抑えて冷媒熱交換器のコストダウンを図ることができる。

【0027】

更に、プレート重合体の複数のプレートを楕円板で構成し、プレート重合体を、プレートの短軸が上下方向となり、且つ、その軸心が中空容器の内部空間においてプレート重合体の上方に、ディストリビュータと吸入ヘッダを配置するための比較的大きな空間が形成される。このため、中空容器を小型化しても、その内部空間にディストリビュータと吸入ヘッダを配置するための空間を確保することができる。この結果、冷媒熱交換器の小型コンパクト化とコストダウンを実現することができるとともに、一次冷媒の充填量を減らすことができる。

【0032】

請求項２に記載の発明によれば、二次冷媒式冷凍装置は、小型コンパクト化とコストダウンを実現した冷媒熱交換器を備えるため、全体が小型コンパクトに構成されるとともに、コストダウンが図られる。又、一次冷媒ガスに含まれるミスト（液滴）が冷媒熱交換器において確実に分離除去されるため、圧縮機への液バックが防がれて圧縮機の破損等の不具合の発生が抑えられる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明に係る二次冷媒式冷凍装置の基本構成を示す回路図である。

【図2】本発明に係る冷媒熱交換器の破断側面図である。

【図3】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図4】図２のＢ−Ｂ線断面図である。

【図5】（ａ）は本発明に係る冷媒熱交換器のプレートの正面図、（ｂ）はペアプレートの模式的な側断面図、（ｃ）はプレート重合体の構成を模式的に示す側断面図である。

【図6】図２のＣ−Ｃ線断面図である。

【図7】本発明に係る冷媒熱交換器の吸入ヘッダの分解斜視図である。

【図8】特許文献２において提案された冷媒熱交換器の破断側面図である。

【図9】図８のＤ−Ｄ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

【0035】

［二次冷媒式冷凍装置の構成］
図１は本発明に係る二次冷媒式冷凍装置の基本構成を示す回路図であり、図示の二次冷媒式冷凍装置１は、一次冷媒としてＮＨ_３冷媒を循環させる一次冷媒回路２と二次冷媒としてＣＯ_２冷媒を循環させる二次冷媒回路３を備えるＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置として構成されている。

【0036】

＜一次冷媒回路＞
上記一次冷媒回路２は、一次冷媒であるＮＨ_３冷媒の流れ方向に沿って配置された冷凍サイクル構成機器である２段圧縮機４、ＮＨ_３受液器５、エコノマイザ６、電子式膨張弁７及び本発明に係る冷媒熱交換器８を冷媒配管２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄによって順次接続して閉ループを構成している。ここで、冷媒配管２ｂのエコノマイザ６の上流（ＮＨ_３冷媒の流れ方向上流）からは冷媒配管２ｅが分岐しており、この冷媒配管２ｅは、エコノマイザ６の入口側に接続されている。そして、この冷媒配管２ｅには温度式膨張弁９が設けられており、エコノマイザ６の出口側から延びる冷媒配管２ｆは、２段圧縮機４の低段圧縮部４ａと高段圧縮部４ｂとを接続する冷媒配管２ｇに接続されている。

【0037】

前記２段圧縮機４は、往復動式（レシプロ式）圧縮機であって、上述のように低圧側の低段圧縮部４ａと高圧側の高段圧縮部４ｂとで構成されており、両者は冷媒配管２ｇによって接続されている。この２段圧縮機４は、ハーメチックモータ１０によって駆動されるが、このハーメチックモータ１０は、インバータ１１によって回転数制御される。

【0038】

ところで、２段圧縮機４には、摺動部分を冷却及び潤滑するための冷凍機油が使用されるが、この冷凍機油は、オイルクーラ１２によって冷却されつつ、オイル配管１３ａ，１３ｂを経てオイルクーラ１２と２段圧縮機４との間を循環する。ここで、オイルクーラ１２の入口側には冷却水配管１４ａが接続されており、オイルクーラ１２の出口側から延びる冷却水配管１４ｂは、前記ハーメチックモータ１０の入口側に接続されている。そして、ハーメチックモータ１０の出口側から延びる冷却水配管１４ｃは、２段圧縮機４の入口側に接続されている。尚、冷凍機油には、ＮＨ_３冷媒に対して非溶解性を示すアルキルベンゼン（ＡＧ）系等のオイルが使用されている。

【0039】

前記ＮＨ_３受液器５は、ＮＨ_３冷媒ガスを液化させるための凝縮器として機能するものであって、シェルアンドチューブ式熱交換器によって構成されている。このＮＨ_３受液器５の軸方向両端に取り付けられたカバー５ａの一方の入口側には冷却水配管１４ｄが接続され、出口側からは冷却水配管１４ｅが延びている。そして、ＮＨ_３受液器５内の両カバー５ａ間には、冷却水配管１４ｄから導入される冷却水が循環するための複数の伝熱管５ｂが架設されている。尚、一方の冷却水配管１４ｄからは、前記オイルクーラ１２の入口側に接続されている前記冷却水配管１４ａが分岐している。又、他方の冷却水配管１４ｅの途中には、前記２段圧縮機４の出口側から延びる冷却水配管１４ｆが接続されている。

【0040】

そして、ＮＨ_３受液器５の上部には、２段圧縮機４の高段圧縮部４ｂから延びる冷媒配管２ａが接続されている。又、ＮＨ_３受液器５の下部には冷媒液溜めポット５ｃが形成されており、この冷媒液溜めポット５ｃからは冷媒配管２ｂが延びている。尚、冷媒液溜めポット５ｃには、当該冷媒液溜めポット５ｃに溜まるＮＨ_３冷媒液の上限液位を検出する上限レベルセンサ１５ａと下限液位を検出する下限レベルセンサ１５ｂが設けられており、これらの上限レベルセンサ１５ａと下限レベルセンサ１５ｂからの検出信号は不図示の制御装置へと送信される。

【0041】

前記エコノマイザ６は、中間冷却器として機能するものであって、冷媒配管２ｂを流れるＮＨ_３冷媒液の一部を冷媒配管２ｅへと抽出し、この抽出したＮＨ_３冷媒液を温度式膨張弁９によって減圧（等エンタルピ膨張）して蒸発させることによって、エコノマイザ６を流れるＮＨ_３冷媒液を過冷却するものであって、その作用の詳細は後述する。

【0042】

前記電子式膨張弁７は、エコノマイザ６によって過冷却されたＮＨ_３冷媒液を減圧（等エンタルピ膨張）することによって、冷媒配管２ｅを流れるＮＨ_３冷媒液の蒸発温度を下げる機能を果たすものである。

【0043】

前記冷媒熱交換器８は、一次冷媒回路２と二次冷媒回路３とを接続するものであって、シェルアンドプレート式熱交換器として構成されている。この冷媒熱交換器８は、二次冷媒であるＣＯ_２冷媒ガスを液化するためのＣＯ_２液化器として機能するとともに、電子式膨張弁７によって減圧された一次冷媒であるＮＨ_３冷媒液を蒸発させるＮＨ_３蒸発器として機能するものであって、その構成の詳細は後述する。

【0044】

冷媒熱交換器８の上部には、ＮＨ_３受液器５において液化したＮＨ_３冷媒液を導入するための冷媒配管２ｃが接続されており、冷媒熱交換器８の上部からは２段圧縮器４の低段圧縮部４ａへと連なる冷媒配管２ｄが延びている。ここで、冷媒配管２ｄは、二次冷媒であるＣＯ_２ガスとの熱交換によって気化したＮＨ_３冷媒ガスを２段圧縮機４の低段圧縮部４ａへと導くものであって、その途中には、ＮＨ_３冷媒ガスの温度を検出する温度センサ（Ｔ）１６と圧力を検出する圧力センサ（Ｐ）１７が設けられている。尚、これらの温度センサ（Ｔ）１６と圧力センサ（Ｐ）１７からの検出信号は不図示の制御装置へと送信される。

【0045】

ところで、ＮＨ_３冷媒に混入する冷凍機油は、油分離部１８によってＮＨ_３冷媒から分離されて２段圧縮機４の吸入側へと戻されるが、ここで、油分離部１８の構成を以下に説明する。

【0046】

即ち、冷媒熱交換器８の下部には油溜めポット８ａが形成されており、この油溜めポット８ａの下端と冷媒配管２ｄとがオイル戻し配管１９によって接続されている。このオイル戻し配管１９には電動弁２０とフロートセンサ２１及び電磁開閉弁２２が設けられており、オイル戻し配管１９の電動弁２０とフロートセンサ２１との間には、冷媒配管２ａから分岐する冷媒配管２ｈが接続されている。そして、冷媒配管２ｈには電磁開閉弁２３が設けられている。

【0047】

＜二次冷媒回路＞
二次冷媒回路３は、二次冷媒であるＣＯ_２冷媒の流れ方向に沿って配置されたレシーバ（ＣＯ_２受液器）２４、液ポンプ２５、複数の冷却ユニット２６及び本発明に係る冷媒熱交換器（ＣＯ_２液化器）８を冷媒配管３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄによって順次接続して閉ループを構成している。

【0048】

上記レシーバ２４は、ＣＯ_２冷媒液を貯留するためのものであって、その下部には液溜めポット２４ａが形成されている。そして、この液溜めポット２４ａからは冷媒配管３ａが延びており、この冷媒配管３ａの途中に前記液ポンプ２５が設けられている。尚、液ポンプ２５は、駆動源である不図示のモータによって駆動される。

【0049】

複数の前記冷却ユニット２６は、冷却負荷である冷凍庫５０の内部に収容されており、これらは冷媒配管３ａから分岐する複数の冷媒配管３ｅ（図１には１つのみ図示）によって冷凍庫５０内で並列に接続されている。そして、各冷却ユニット２６から延びる冷媒配管３ｆ（図１には１つのみ図示）は、冷媒配管３ｂにそれぞれ接続されている。ここで、各冷却ユニット２６は、二次冷媒であるＣＯ_２冷媒液の一部を蒸発させる蒸発器としても機能する熱交換器２６ａと該熱交換器２６ａを流れるＣＯ_２冷媒と冷凍庫５０内の空気との熱交換を促進するためのファン２６ｂをそれぞれ備えている。

【0050】

複数の冷却ユニット２６からそれぞれ延びる冷媒配管３ｆが接続された冷媒配管３ｂは、前記レシーバ２４の上部に接続されている。そして、レシーバ２４の上部から延びる冷媒配管３ｃは、前記冷媒熱交換器８の側面上部に接続されており、冷媒熱交換器８の側面下部から延びる冷媒配管３ｄは、レシーバ２４の上部に接続されている。

【0051】

［二次冷媒式冷凍装置の作用］
次に以上のように構成された二次冷媒式冷凍装置（ＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置）１の作用について説明する。

【0052】

二次冷媒式冷凍装置１においては、一次冷媒であるＮＨ_３冷媒が一次冷媒回路２を状態変化しながら循環することによって冷凍サイクルが繰り返される。

【0053】

即ち、冷媒配管２ｄから２段圧縮機４の低圧縮部４ａへと吸引されたＮＨ_３冷媒ガスが低段圧縮部４ａで一次圧縮され、この一次圧縮されたＮＨ_３冷媒ガスは、冷媒配管２ｇから高段圧縮部４ｂへと吸引されて該高段圧縮部４ｂで二次圧縮される。そして、高段圧縮部４ｂで二次圧縮された高圧のＮＨ_３冷媒ガスは、冷媒配管２ａを経てＮＨ_３受液器５の内部へと導入され、冷却水配管１４ｄからＮＨ_３受液器５に導入されて該ＮＨ_３受液器５内の複数の伝熱管５ｂを流れる冷却水によって冷却されて液化する。このようにして液化したＮＨ_３冷媒液は、ＮＨ_３受液器５の底部に形成された冷媒液溜めポット５ｃに貯留される。尚、冷媒液溜めポット５ｃに貯留されるＮＨ_３冷媒液の液位の上限と下限は、上限レベルセンサ１５ａと下限レベルセンサ１５ｂによってそれぞれ検出される。又、ＮＨ_３冷媒ガスの冷却に供されて温度が高くなった冷却水は、冷却水配管１４ｅへと排出される。

【0054】

ＮＨ_３受液器５における凝縮によって液化した高圧のＮＨ_３冷媒液は、冷媒液溜めポット５ｃから冷媒配管２ｂを経てエコノマイザ６へと導入され、このエコノマイザ６によって一部が過冷却される。

【0055】

即ち、冷媒配管２ｂを流れるＮＨ_３冷媒液の一部は、冷媒配管２ｅへと抽出され、温度式膨張弁９によって減圧された後にエコノマイザ６へと導入される。又、冷媒配管２ｂを流れる他の高圧のＮＨ_３冷媒液は、減圧されることなくそのままエコノマイザ６へと導入される。すると、温度式膨張弁９によって減圧されて蒸発温度が低下した低圧のＮＨ_３冷媒液は、エコノマイザ６をそのまま流れる高圧のＮＨ_３冷媒液から蒸発潜熱を奪って蒸発するため、冷媒配管２ｂを流れる高圧のＮＨ_３冷媒液が過冷却される。そして、エコノマイザ６における蒸発によって気化したＮＨ_３冷媒ガスは、冷媒配管２ｆから冷媒配管２ｇへと導入され、冷媒配管２ｇを流れるＮＨ_３冷媒ガスと共に２段圧縮機４の高段圧縮部４ｂへと吸引されて該高段圧縮部４ｂによって二次圧縮される。尚、エコノマイザ６において気化したＮＨ_３冷媒ガスは、冷媒配管２ｇへの液バックを防ぐために温度式膨張弁９によって過熱度が調整される。

【0056】

而して、エコノマイザ６によって過冷却された高圧のＮＨ_３冷媒液は、冷媒配管２ｃを流れる過程で電子式膨張弁７によって減圧されて蒸発温度が下げられた後、ＮＨ_３蒸発器としても機能する冷媒熱交換器８に導入される。この冷媒熱交換器８に導入されたＮＨ_３冷媒液は、２次冷媒回路３を循環するＣＯ_２冷媒との熱交換によって蒸発して気化する。具体的には、冷媒熱交換器８においては、低圧のＮＨ_３冷媒液は、二次冷却回路３に設けられたレシーバ２４から冷媒配管３ｃを経て当該冷媒熱交換器８に導入されるＣＯ_２冷媒ガスから蒸発潜熱を奪って蒸発し、蒸発潜熱が奪われたＣＯ_２冷媒ガスは、冷却されて液化する。従って、冷媒熱交換器８は、ＣＯ_２凝縮器及びＮＨ_３蒸発器として機能する。

【0057】

そして、冷媒熱交換器８において気化したＮＨ_３冷媒ガスは、冷媒配管２ｄから２段圧縮機４の低段圧縮部４ａへと吸引されて圧縮され、以後、同様の作用が繰り返される。このように、ＮＨ_３冷媒が二次冷媒回路２を状態変化しながら循環することによって冷凍サイクルが繰り返される。尚、冷媒配管２ｄを流れるＮＨ_３冷媒ガスの温度と圧力は、温度センサ１６と圧力センサ１７によってそれぞれ検出され、不図示の制御装置は、温度センサ１６と圧力センサ１７によって検出された温度と圧力によってＮＨ_３冷媒ガスの過熱度を算出し、この過熱度が設定値となるように電子式膨張弁７の開度を調整する。

【0058】

以上のように、本実施の形態では、圧縮機として往復動式（レシプロ式）の低段圧縮部４ａと高段圧縮部４ｂを備える２段圧縮機４を使用し、低段圧縮部４ａと高段圧縮部４ｂとの間にエコノマイザ６を設けてＮＨ_３冷媒液を過冷却するようにしたため、冷却温度を低温域まで下げることができ、冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を高めることができる。

【0059】

ところで、２段圧縮機４の摺動部の潤滑と冷却に供される冷凍機油は、オイル配管１３ａ，１３ｂを経てオイルクーラ１２と２段圧縮機４の間を循環し、冷却水配管１４ｄから分岐する冷却水配管１４ａからオイルクーラ１２に導入される冷却水によって冷却されてその温度上昇が抑えられる。尚、オイルクーラ１２において冷凍機油の冷却に供された冷却水は、冷却水配管１４ｂを経てハーメチックモータ１０へと導入されて該ハーメチックモータ１０の冷却に供される。そして、ハーメチックモータ１０の冷却に供された冷却水は、冷却水配管１４ｃから２段圧縮機４に導入され、該２段圧縮機４の冷却に供された後、冷却水配管１４ｆから排出されて冷却水配管１４ｅを流れる冷却水に合流する。

【0060】

又、冷媒熱交換器８に導入されたＮＨ_３冷媒に含まれる冷凍機油は、ＮＨ_３冷媒から分離されて冷媒熱交換器８の下部に形成された油溜めポット８ａに貯留される。そして、この油溜めポット８ａに貯留された冷凍機油は、オイル戻し管１９から電動弁２０を経てフロートセンサ２１へと送られて該フロートセンサ２１の不図示の貯留空間に溜められる。ここで、フロートセンサ２１に設けられた不図示のフロートが上限位置に達していない間は、電動弁２０が開けられるとともに、電磁開閉弁２２，２３が共に閉じられ、冷凍機油は、フロートセンサ２１の貯留空間に順次溜められる。

【0061】

上述のように冷凍機油がフロートセンサ２１の貯留空間に溜められた結果、不図示のフロートが上限位置まで上昇したことが検出されると、電動弁２０が閉じられるとともに、電磁開閉弁２２，２３が共に開かれる。すると、２段圧縮機４によって圧縮されて冷媒配管２ａへと排出される高圧のＮＨ_３冷媒ガスの圧力が冷媒配管２ｈを経てフロートセンサ２１の貯留空間に作用するため、フロートセンサ２１の貯留空間に溜められた冷凍機油がオイル戻し管１９から冷媒配管２ｄへと導入され、この冷凍機油は、冷媒配管２ｄを流れるＮＨ_３冷媒ガスと共に２段圧縮機４へと吸引される。そして、２段圧縮機４へと吸引された冷凍機油は、該２段圧縮機４の低段圧縮部４ａと高段圧縮部４ｂの摺動部分の潤滑と冷却に供される。

【0062】

上述のように冷凍機油がフロートセンサ２１から２段圧縮機４へと供給された結果、フロートセンサ２１のフロートが下限位置へと下降したことが検出されると、電磁開閉弁２，２３が共に閉じられるとともに、電動弁２０が開かれる。すると、冷媒熱交換器８の油溜めポット８ａに貯留されている冷凍機油がオイル戻し管１９を経てフロートセンサ２１へと導入され、この冷凍機油がフロートセンサ２１の貯留空間に溜められる。以後、同様の作用が繰り返されて冷凍機油が２段圧縮機４へと間欠的に供給される。

【0063】

又、二次冷媒式冷凍装置１においては、二次冷媒であるＣＯ_２冷媒が二次冷媒回路３を循環することによって冷凍負荷である冷凍庫５０内が所定の温度まで冷却される。

【0064】

即ち、液ポンプ２５が駆動されることによってＣＯ_２冷媒が二次冷媒回路３を循環するが、レシーバ２４に貯留されている低温のＣＯ_２冷媒液は、液溜めポット２４ａから冷媒配管３ａを経て冷凍庫５０内の複数の各冷却ユニット２６へとそれぞれ供給される。すると、各冷却ユニット２６においては、低温のＣＯ_２冷媒液と冷凍庫５０内の空気との熱交換によって冷凍庫５０内が所定の温度まで冷やされる。このとき、ＣＯ_２冷媒液の一部は、冷凍庫５０内の空気から蒸発潜熱を奪って蒸発して気化する。従って、複数の各冷却ユニット２６からは一部が気化したＣＯ_２冷媒が各冷媒配管３ｆから冷媒配管３ｂへと流れて合流し、冷媒配管３ｂを気液二相流となってレシーバ２４へと向かう。

【0065】

冷媒配管３ｂからレシーバ２４に導入される気液二相のＣＯ_２冷媒は、レシーバ２４において気液が分離され、ＣＯ_２冷媒液は、レシーバ２４内の底部に溜り、ＣＯ_２冷媒ガスは、レシーバ２４内の上部に溜まる。そして、レシーバ２４内の底部に溜まったＣＯ_２冷媒液は、前述と同様に液溜めポット２４ａから冷媒配管３ａを経て冷凍庫５０内の複数の各冷却ユニット２６へとそれぞれ供給されて冷凍庫５０内の冷却に供される。

【0066】

又、レシーバ２４内のＣＯ_２冷媒ガスは、冷媒配管３ｃを経て冷媒熱交換器８へと導入され、冷媒配管２ｃから冷媒熱交換器８へと導入される低圧のＮＨ_３冷媒液から蒸発潜熱を奪われて液化する。このように冷媒熱交換器８においてＮＨ_３冷媒液との熱交換によって冷却されて液化したＣＯ_２冷媒液は、冷媒配管３ｄを経てレシーバ２４に戻されて該レシーバ２４内の底部に貯留される。

【0067】

以後、二次冷媒であるＣＯ_２冷媒が二次冷媒回路３を循環することによって、冷凍庫５０内が所定の温度まで冷却される。

【0068】

［冷媒熱交換器］
次に、本発明に係る冷媒熱交換器（ＣＯ_２液化器）８の構成の詳細を図２〜図５に基づいて以下に説明する。

【0069】

図２は本発明に係る冷媒熱交換器の破断側面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線断面図、図５（ａ）は本発明に係る冷媒熱交換器のプレートの正面図、図５（ｂ）はペアプレートの模式的な側断面図、図５（ｃ）はプレート重合体の構成を模式的に示す側断面図である。

【0070】

本発明に係る冷媒熱交換器（ＣＯ_２液化器）８は、前述のようにシェルアンドプレート式熱交換器を構成し、一次冷媒であるＮＨ_３冷媒液と二次冷媒であるＣＯ_２冷媒ガスとを熱交換させ、ＮＨ_３冷媒液をＣＯ_２冷媒ガスからの吸熱（蒸発潜熱の吸熱）によって気化させ、ＣＯ_２冷媒ガスを放熱（冷却）によって液化させる機能を果たすものである。

【0071】

この冷媒熱交換器８は、図２に示すように、中空容器３０の内部空間Ｓにプレート重合体３１を収容して構成されている。ここで、中空容器３０は、横置きされた円筒状のシェル３０ａの軸方向（図２の左右方向）両端の開口部を円板状のフラットエンド３０ｂで閉塞して構成されている。

【0072】

上記プレート重合体３１は、図３、図４及び図５（ａ）に示す楕円板状の複数のプレート３２を重ね合わせて楕円柱状に成形されており、各プレート３２の短軸が上下方向となるようにして中空容器３０内の内部空間Ｓに収容されている。又、図３及び図４に示すように、プレート重合体３１は、その軸心が中空容器３０の軸心に対して下方にオフセットした位置にあるように内部空間Ｓの下方に偏位して配置されている。尚、プレート重合体３１は、不図示の支持具によって中空容器３０内に固定されている。

【0073】

上記各プレート３２の表裏両面には不図示の凹凸パターンが形成されており、図５（ａ）に示すように、各プレート３２の中心を通る垂直線上の上下２箇所には円孔３２ａ，３２ｂがそれぞれ形成されている。そして、このような２枚のプレート３２を重ね合わせ、これらのプレート３２の上下の各円孔３２ａ，３２ｂの周縁同士を溶接することによって、図５（ｂ）に示すようなベアプレート３２Ａが製作される。

【0074】

次に、複数のペアプレート３２Ａ同士を重ね合わせ、図５（ｃ）に示すように、隣接する２つのペアプレート３２Ａの外周縁同士を溶接すれば、隣接するプレート３２の間には、中空容器３０の内部空間Ｓに開放された第１の通路３３と、内部空間Ｓに対して閉鎖された第２の通路３４が当該プレート重合体３１の長手方向（図５（ｃ）の左右方向）に沿って交互に形成される。又、プレート重合体３１の上下には、各プレート３２の上下に形成された円孔３２ａ，３２ｂを連ねて構成された貫通流路３５，３６がそれぞれ水平に形成されており、これらの貫通流路３５，３６に複数の前記第２の通路３４が連通している。尚、各貫通流路３５，３６の末端部（図５（ｃ）の右端部）は閉じられている。

【0075】

そして、図２に示すように、中空容器３０の一方（図２の左方）のフラットエンド３０ｂの前記貫通流路３５，３６に連なる上下には、円孔状のガス入口３０ｂ１と液出口３０ｂ２がそれぞれ開口しており、上側のガス入口３０ｂ１には図１に示す冷媒配管３ｃが接続され、下側の液出口３０ｂ２には図１に示す冷媒配管３ｄが接続されている。

【0076】

又、中空容器３０の下部には前記油溜めポット８ａが形成されており、この油溜めポット３ａには図１に示すオイル戻し管１９が接続されている。

【0077】

而して、本実施の形態に係る冷媒熱交換器８においては、図３及び図４に示すように、プレート重合体３１は、楕円板状の各プレート３２の短軸が上下方向となるようにして中空容器３０の内部空間Ｓに下方に偏位して収容されているため、内部空間Ｓのプレート重合体３１の上方には比較的大きな空間が形成されている。従って、本実施の形態では、図２に示すように、中空容器３０の内部空間の上部に形成された比較的大きな空間にディストリビュータ３７と吸入ヘッダ４０が中空容器３０の軸方向に沿って配置されている。

【0078】

上記ディストリビュータ３７は、図４に示すように、逆Ｖ字状に屈曲された箱型のプレート３７ａを中空容器３０のシェル３０ａの上部内周に溶接することによって形成されており、その周方向両端（図４の左右両端）には、内部空間Ｓに開口する矩形の開口部３７ｂがそれぞれ形成されている。そして、中空容器３０のシェル３０ａのディストリビュータ３７が配置された部位の頂部には、図１に示す冷媒配管２ｃがシェル３０ａを貫通して接続されており、この冷媒配管２ｃは、ディストリビュータ３７の内部に開口している。尚、プレート３７ａの材質には、耐食性と低温に対する耐性が高いステンレス等が選定される。

【0079】

又、前記吸入ヘッダ４０は、中空容器３０のシェル３０ａの頂部内周に軸方向に沿って長く配置されているが、その構成の詳細を図６及び図７に基づいて以下に説明する。

【0080】

図６は図２のＣ−Ｃ線断面図、図７は吸入ヘッダの分解斜視図である。

【0081】

吸入ヘッダ４０は、軸方向に所定距離隔てて垂直に配置された２枚の側板４１の間に、ベースプレート４２とバッフルプレート４３，４４を架設して構成されており、２枚の側板４１は、その円弧状の上端縁が中空容器３０のシェル３０ａの頂部内周に溶接されることによってシェル３０ａに固定されている。

【0082】

上記ベースプレート４２は、図７に示すように、中央の水平部４２Ａと、この水平部４２Ａの左右両端から延びるＶ字状の屈曲部４２Ｂと、各屈曲部４２Ｂの端部が折り返された折り返し部４２Ｃを備えている。そして、このベースプレート４２の水平部４２Ａの幅方向中心部の軸方向に離間した２箇所には円孔状の液落下孔４２ａが形成されている。

【0083】

又、前記バッフルプレート４３は、チャンネル状に成形されたものであって、底辺の水平部４３Ａと、この水平部４３Ａの左右両端から上方に向かって開くように斜めに立ち上がる斜面部４３Ｂを備えており、左右の斜面部４３Ｂの上端縁の長手方向２箇所には細長く切り欠かれた矩形の切欠き４３ａが形成されている(図７参照)。そして、このバッフルプレート４３の水平部４３Ａの幅方向中心部の軸方向に離間した２箇所（ベースプレート４２の水平部４２Ａに形成された前記液落下孔４２ａに対応する位置）には円孔状の液落下孔４３ｂが形成されている。従って、このバッフルプレート４３を、その水平部４３Ａをベースプレート４２の水平部４２Ａの上に重ねてベースプレート４２に溶接して両者を接合すると、該バッフルプレート４３の液落下孔４３ｂとベースプレート４２の液落下孔４２ａとが連通し、これらの液落下孔４２ａ，４３ｂは、中空容器３０の内部空間Ｓに開口している（図６参照）。

【0084】

前記バッフルプレート４４は、図６に示すように、バッフルプレート４３の左右２箇所に配置されるものであって、横断面コの字状に屈曲成形されている。尚、吸入ヘッダ４０を構成する側板４１とベースプレート４２及びバッフルプレート４３，４４の材質には、耐食性と低温に対する耐性の高いステンレス等が選定される。

【0085】

而して、図６に示すように、吸入ヘッダ４０においては、両側板４１とベースプレート４２及び中空容器３０のシェル３０ａによって画成された空間は、バッフルプレート４３，４４によって左右各２つの室Ｓ１，Ｓ２と中央の室Ｓ３とに区画されている。尚、左右各２つの室Ｓ１，Ｓ２は、中空容器３０の軸心を通る垂直な中心線に対して左右対称に配置されている。

【0086】

ここで、吸入ヘッダ４０の左右両端部には、図６に示すように、中空容器３０のシェル３０ａと両側板４１及びベースプレート４２によって形成された軸方向に細長い矩形の開口部４５が形成されており、左右の各室Ｓ１は、開口部４５を介して中空容器３０の内部空間Ｓに開口している。

【0087】

又、図６に示すように、左右の各バッフルプレート４４とベースプレート４２との間には、軸方向に長い矩形の隙間δが形成されており、左右の室Ｓ１と室Ｓ２とは隙間δを介して互いに連通している。

【0088】

更に、図７に示すように、バッフルプレート４３の左右の傾斜部４３Ｂの上端縁には各２つの前記切欠き４３ａがそれぞれ形成されており、図６に示すように、左右２つの各室Ｓ２は、切欠き４３ａを介して中央の室Ｓ３にそれぞれ連通している。従って、吸入ヘッダ４０の内部には、バッフルプレート４３，４４によって迷路（ラビリンス）状の流路が形成されている。

【0089】

そして、図２に示すように、中空容器３０のシェル３０ａの吸入ヘッダ４０が配置される箇所の頂部には、図１に示す冷媒配管２ｄが接続されており、この冷媒配管２ｄは、吸入ヘッダ４０内の中央の室Ｓ３に開口している。

【0090】

次に、以上のように構成された冷媒熱交換器８の作用について説明する。

【0091】

図１に示すエコノマイザ６によって過冷却され、電子式膨張弁７によって減圧されたＮＨ_３冷媒液が冷媒配管２ｃから冷媒熱交換器８のディストリビュータ３７へと供給されると、このＮＨ_３冷媒液は、ディストリビュータ３７内で左右に分配されて左右の開口部３７ｂ（図４参照）から中空容器３０の内部空間Ｓへと噴出しながら落下する。そして、このＮＨ_３冷媒液は、プレート重合体３１の複数のプレート３２間に交互に形成された第１の通路３３を図５（ｃ）に矢印にて示すように上方に向かって流れる。

【0092】

他方、図１に示すレシーバ２４から冷媒配管３ｃを経て冷媒熱交換器８へと導入されるＣＯ_２冷媒ガスは、図５（ｃ）に矢印にて示すように、冷媒熱交換器８のプレート重合体３１に形成された上側の貫通流路３５から複数の第２の通路３４を経て下側の貫通流路３６へと流れ込み、その過程で第１の通路３３を流れるＮＨ_３冷媒液との間で熱交換して液化する。具体的には、プレート重合体３１の複数の第１の通路３３を流れるＮＨ_３冷媒液がＣＯ_２冷媒ガスから蒸発潜熱を奪って気化するため、ＣＯ_２冷媒ガスが冷却されて液化する。

【0093】

そして、ＮＨ_３冷媒液との熱交換によって液化したＣＯ_２冷媒液は、下側の貫通流路３６から冷媒配管３ｄへと流れて図１に示すレシーバ２４に貯留される。これに対して、ＣＯ_２冷媒ガスから蒸発潜熱を奪って気化したＮＨ_３冷媒ガスは、中空容器３０の内部空間Ｓを上昇して吸入ヘッダ４０へと吸引される。

【0094】

吸入ヘッダ４０においては、図６に矢印にて示すように、ＮＨ_３冷媒ガスが左右の開口部４５から左右の各室Ｓ１にそれぞれ流入し、左右の各室Ｓ１から隙間δを通って左右の各室Ｓ２へとそれぞれ流入する。そして、左右の各室Ｓ２へと流入したＮＨ_３冷媒ガスは、バッフルプレート４３に形成された左右の切欠き４３ａをそれぞれ通過して中央の室Ｓ３に流入し、最終的には室Ｓ３から冷媒配管２ｄを経て図１に示す２段圧縮機４へと吸引される。このように、冷媒熱交換器８において気化したＮＨ_３冷媒ガスは、吸入ヘッダ４０において迷路を構成するバッフルプレート４３，４４に衝突しながら方向を急変させて流れるため、これに含まれるミスト（液滴）が分離され、２段圧縮機４への液バックが確実に防がれる。このように２段圧縮機４への液バックが防がれる結果、液バックに伴う２段圧縮機４の破損等の不具合の発生が抑えられる。尚、ＮＨ_３冷媒ガスから分離されたミスト（液滴）は、吸入ヘッダ４０のバッフルプレート４３とベースプレート４２に形成された各２つの液落下孔４３ｂ，４２ａから内部空間Ｓへと落下し、ＣＯ_２冷媒ガスとの熱交換によって蒸発して気化し、再び吸入ヘッダ４０へと吸引される。

【0095】

以上において、本発明に係る冷媒熱交換器８においては、中空容器３０に収容されたプレート重合体３１を形成する複数のプレート３２を楕円板で構成し、プレート重合体３１を、プレート３２の短軸が上下方向となり、且つ、その軸心が中空容器３０の軸心に対して下方にオフセットするよう下方に偏位させて配置したため、プレート重合体３１と中空容器３０のシェル３０ａとの間の径方向隙間（プレート３２の両横部の隙間）が小さく抑えられる。このため、一次冷媒であるＮＨ_３冷媒の充填量を減らして中空容器３０、延いては冷媒熱交換器８の小型コンパクト化とコストダウンを図ることができる。尚、図３及び図４に示すように、中空容器３０のシェル３０ａとプレート重合体３１との間の小さな径方向隙間に、軸方向（図３及び図４の紙面垂直方向）に長いゴム製の丸棒状の充填材４６を複数充填すれば、中空容器３０の内部空間ＳにおいてＮＨ_３冷媒が占める容積が小さく抑えられて該ＮＨ_３冷媒の充填量が更に減少するため、その分だけ中空容器３０、延いては冷媒熱交換機器８を更に小型化してコストダウンを図ることができる。又、充填材４６として小径のものを使用することができるため、該充填材４６のコストを低く抑えることができる。

【0096】

又、本発明に係る冷媒熱交換器８においては、プレート重合体３１の複数のプレート３２を楕円板で構成し、プレート重合体３１を、プレート３２の短軸が上下方向となり、且つ、その軸心が中空容器３０の軸心に対して下方にオフセットするよう下方に偏位させて配置したため、中空容器３０の内部空間Ｓにおいてプレート重合体３１の上方に、ディストリビュータ３７と吸入ヘッダ４０を配置するための比較的大きな空間が形成される。このため、中空容器３０を小型化しても、その内部空間Ｓにディストリビュータ３７と吸入ヘッダ４０を配置するための空間を確保することができる。この結果、冷媒熱交換器８の小型コンパクト化とコストダウンを実現することができるとともに、ＮＨ_３冷媒の充填量を減らすことができる。

【0097】

更に、本実施の形態では、冷媒熱交換器８に設けられた吸入ヘッダ４０の内部にバッフルプレート４３，４４によって迷路状の流路を形成したため、中空容器３０の内部空間Ｓで気化したＮＨ_３冷媒ガスのバッフルプレート４３，４４への衝突と迷路状の流路での流れ方向の急変によって、該ＮＨ_３冷媒ガスに含まれるミスト（液滴）が効果的に分離除去される。このため、ミスト（液滴）が２段圧縮機４に吸引される液バックの発生が防がれ、この液バックに伴う２段圧縮機４の破損等の不具合の発生が抑えられる。

【0098】

そして、ＮＨ_３冷媒ガスに含まれるミスト（液滴)の分離は、重力沈降方式やデミスタ方式によらないため、中空容器３０を大型化してＮＨ_３冷媒ガスの上昇速度を低く抑える必要がない。このため、プレート重合体３１の第１の通路３３を流れるＮＨ_３冷媒ガスの圧力損失に伴う性能低下を招くことなく中空容器３０を小型化することができ、結果的に冷媒熱交換器８の小型コンパクト化とコストダウンを図ることができる。

【0099】

又、本実施の形態では、吸入ヘッダ４０の底部に液落下孔４２ａ，４３ｂを形成したため、吸入ヘッダ４０においてＮＨ_３冷媒ガスから分離されたミスト（液滴）が液落下孔４２ａ，４３ｂから中空容器３０の内部空間Ｓへと落下し、このミスト（液滴)は、ＣＯ_２冷媒ガスとの熱交換によって蒸発してガス化する。

【0100】

以上のように、本発明に係る冷媒熱交換器８の小型コンパクト化とコストダウンを図ることができるため、この冷媒熱交換器８を備える二次冷媒式冷凍装置（ＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置）１全体の小型コンパクト化とコストダウンを図ることができる。

【0101】

尚、以上は一次冷媒としてＮＨ_３、二次冷媒としてＣＯ_２をそれぞれ使用した二次冷媒式冷凍装置（ＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置）とこれに設けられた冷媒熱交換器（ＣＯ_２液化器）に対して本発明を適用した形態について説明したが、二次冷媒式凍装置に使用される一次冷媒には、プロパン、ブタン、イソブタン等の他の任意の自然冷媒を選定することができる。

【符号の説明】

【0102】

１ 二次冷媒式冷凍装置（ＮＨ_３／ＣＯ_２冷凍装置）
２ 一次冷媒回路
２ａ〜２ｈ 一次冷媒回路の冷媒配管
３ 二次冷媒回路
３ａ〜３ｆ 二次冷媒回路の冷媒配管
４ ２段圧縮機
４ａ ２段圧縮機の低段圧縮部
４ｂ ２段圧縮機の高段圧縮部
５ ＮＨ_３受液器
６ エコノマイザ
７ 電子式膨張弁
８ 冷媒熱交換器（ＣＯ_２液化器）
９ 温度式膨張弁
１０ ハーメチックモータ
１１ インバータ
１２ オイルクーラ
１３ａ，１３ｂ オイル配管
１４ａ〜１４ｆ 冷却水配管
１５ａ 上限レベルセンサ
１５ｂ 下限レベルセンサ
１６ 温度センサ
１７ 圧力センサ
１８ 油分離部
１９ オイル戻し管
２０ 電動弁
２１ フロートセンサ
２２，２３ 電磁開閉弁
２４ レシーバ（ＣＯ_２受液器）
２５ 液ポンプ
２６ 冷却ユニット
２６ａ 冷却ユニットの熱交換器
２６ｂ 冷却ユニットのファン
３０ 中空容器
３０ａ 中空容器のシェル
３０ｂ 中空容器のフラットエンド
３１ プレート重合体
３２ プレート
３２Ａ ペアプレート
３２ａ，３２ｂ プレートの円孔
３３ 第１の通路
３４ 第２の通路
３５，３６ 貫通流路
３７ ディストリビュータ
４０ 吸入ヘッダ
４１ 吸入ヘッダの側板
４２ 吸入ヘッダのベースプレート
４２ａ ベースプレートの液落下孔
４３ バッフルプレート
４３ａ バッフルプレートの切欠き
４３ｂ バッフルプレートの液落下孔
４４ バッフルプレート
４６ 充填材
５０ 冷凍庫（冷却負荷）
Ｓ 中空容器の内部空間
Ｓ１〜Ｓ３ 吸入ヘッダ内の室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】