CN104075474A - 涡轮制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明提供的涡轮制冷机，能够回收包含大量油的制冷剂，并且能够避免油温度降低、起泡。该涡轮制冷机具备：设置于蒸发器（3）并配置在不同的高度的油回收口（L1～L3）、通过油回收口（L1～L3）中的一个来吸引滞留于蒸发器（3）的含有油的制冷剂并使其返回至涡轮压缩机（1）的油缸（16）的排出器（20）、分别设置于油回收线路（P1～P3）的开闭阀（V1～V3）、检测蒸发器（3）内的制冷剂的液面高度的液面传感器（23）、以及操作开闭阀（V1～V3）以使在油回收口（L1～L3）中只有位于制冷剂的液面正下方的油回收口与排出器（20）连通的控制部（10）。

Description

涡轮制冷机

技术领域

本发明涉及涡轮制冷机，特别是涉及利用将压缩机的排出气体作为驱动用气体的排出器将滞留于蒸发器的含有油的制冷剂回收至油缸的方式的涡轮制冷机。

背景技术

以往，制冷空调装置等所利用的涡轮制冷机由封入有制冷剂的密闭***构成，且构成为：将从冷水（被冷却流体）夺取热量以使制冷剂蒸发来发挥制冷效果的蒸发器、对由上述蒸发器蒸发的制冷剂气体进行压缩以使其成为高压制冷剂气体的压缩机、用冷却水（冷却流体）对高压制冷剂气体进行冷却以使其冷凝的冷凝器、以及对上述冷凝后的制冷剂进行减压以使其膨胀的膨胀阀（膨胀机构）通过制冷剂配管连结。而且，在作为压缩机而使用借助多级叶轮对制冷剂气体进行多级压缩的多级压缩机的情况下，进行将由设置在冷凝器与蒸发器之间的制冷剂配管中的中间冷却器亦即节能器产生的制冷剂气体导入到压缩机的中间级（多级叶轮的中间部分）的动作。

涡轮制冷机具有作为高速旋转体的压缩机，在压缩机中设置有：支承旋转体的轴承、和用于使旋转体增速来获得规定的转速的增速机。向轴承和增速机供给氟利昂系制冷剂和相溶性的油，来维持润滑和冷却功能。为了防止油向制冷剂***泄漏，保持油的油缸在涡轮制冷机的低压部分通过均压管（油缸均压管）进行均压。

然而，无法完全避免一部分油经由旋转体的轴封部分或上述均压管（油缸均压管）而泄漏到制冷剂***。如果油继续向制冷剂***泄漏，则油缸所保有的油会减少，无法向轴承和增速机供油，从而涡轮制冷机无法继续运转。因此在涡轮制冷机中，从制冷剂***回收油的功能起到非常重要的作用。

专利文献1：日本实开昭55-20049号公报

在蒸发器内油以溶入制冷剂的状态滞留。在现有的油回收方法中，利用将压缩机的排出气体作为驱动用气体的排出器，将含有油的制冷剂从油最终滞留的蒸发器回收至油缸。在蒸发器上设置有油回收口，蒸发器内的制冷剂和油通过油回收口而被排出器吸引，从而返回到涡轮制冷机的油缸。蒸发器内的制冷剂液面根据制冷负载、冷却水温度条件等而变动，因此油回收口设置在制冷剂液必定存在的蒸发器的下表面。

然而，由于蒸发器内的制冷剂从其液面蒸发，因此在制冷剂液面存在大量的油。因此在现有的油回收方法中存在如下问题。

（1）由于是制冷剂的比率高的二相液回收，因此得不到充分的油回收量。

（2）由于油缸中混入低温（在一般空调中大致为6℃左右）的制冷剂液，因此使油缸内的油温度降低，无法确保向旋转体供油所需的油的粘度。

（3）基于与上述（2）同样的理由，在油缸内产生泡沫（发泡）而无法确保用于供油的油压以及油量。

发明内容

本发明是为了解决上述问题点所做出的，目的在于提供一种能够增加油的回收量并且能够避免油温度降低、起泡的涡轮制冷机。

为了实现上述目的，本发明的一个实施方式的涡轮制冷机，具备：从冷水夺取热量而使制冷剂蒸发来发挥制冷效果的蒸发器、利用叶轮来压缩制冷剂的涡轮压缩机、以及用冷却水对压缩后的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝的冷凝器，所述涡轮制冷机的特征在于，具备：多个油回收口，它们设置于所述蒸发器并配置在不同的高度；排出器，其通过所述多个油回收口中的一个来吸引滞留于所述蒸发器的含有油的制冷剂并使其返回至所述涡轮压缩机的油缸；多个油回收线路，它们连接所述多个油回收口与所述排出器；多个开闭阀，它们分别设置于所述多个油回收线路；液面传感器，其检测所述蒸发器内的制冷剂的液面高度；以及控制部，其以使所述多个油回收口中只有位于所述制冷剂的液面正下方的油回收口与所述排出器连通的方式操作所述多个开闭阀。

本发明的优选实施方式的特征在于，所述排出器由从所述涡轮压缩机排出的制冷剂气体驱动。

本发明的优选实施方式的特征在于，所述蒸发器具备由配置在该蒸发器内部的导热管构成的导热部，所述多个油回收口包括：位于比所述导热部的最高点稍低的位置的油回收口、和位于比所述导热部的最低点稍高的位置的油回收口。

本发明的优选实施方式的特征在于，在所述蒸发器内的制冷剂的液面高度降低到比所述多个油回收口中位于最低位置的油回收口低时，所述控制部发出警报信号。

根据本发明，能够通过位于制冷剂的液面正下方的油回收口来回收含有大量油的制冷剂。另外，能够降低与油一起的制冷剂液的量，因此能够防止油缸内的油温度降低以及油的发泡。

附图说明

图1是表示本发明的涡轮制冷机的实施方式的示意图。

图2是表示设置于蒸发器的第一～第三油回收口以及与这些油回收口连接的第一～第三开闭阀的图。

图3是表示蒸发器内的液面高度与第一～第三开闭阀的开闭状态的关系的曲线图。

附图标记说明：1…涡轮压缩机；2…冷凝器；3…蒸发器；4…节能器；5…制冷剂配管；5BP…制冷剂供给配管；6…配管；8…流路；10…控制部；11…第一级叶轮；12…第二级叶轮；13…压缩机马达；14…吸入叶片；15…齿轮箱；16…油缸；17…均压管；20…排出器；21…制冷剂返回配管；23…液面传感器；25…导热部；L1～L3…油回收口；P1～P3…油回收线路；V1～V3…开闭阀。

具体实施方式

以下，参照图1～图3对本发明的涡轮制冷机的实施方式进行说明。在图1～图3中，对相同或相当的构成要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。

图1是表示本发明的涡轮制冷机的实施方式的示意图。如图1所示，涡轮制冷机构成为具备：压缩制冷剂的涡轮压缩机1、用冷却水（冷却流体）对压缩后的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝的冷凝器2、从冷水（被冷却流体）夺取热量而使制冷剂蒸发来发挥制冷效果的蒸发器3、以及配置在冷凝器2与蒸发器3之间的中间冷却器亦即节能器4，涡轮制冷机通过供制冷剂循环的制冷剂配管5来连结上述各设备。

在图1所示的实施方式中，涡轮压缩机1由多级涡轮压缩机构成，多级涡轮压缩机由二级涡轮压缩机形成，构成为包括：第一级叶轮11；第二级叶轮12；以及使第一级叶轮11、第二级叶轮12旋转的压缩机马达13。在第一级叶轮11的吸入侧设置有调整制冷剂气体向第一级叶轮11的吸入流量的第一级吸入叶片14A。涡轮压缩机1具备收纳轴承、增速机的齿轮箱15，在齿轮箱15的下部设置有用于向轴承和增速机供油的油缸16。齿轮箱15借助油缸均压管17而在涡轮压缩机1的低压部分进行均压。涡轮压缩机1通过制冷剂配管8而与节能器4连接，在节能器4中分离出的制冷剂气体被导入涡轮压缩机1的多级压缩级（在该例中为二级）的中间部分（在该例中为第一级叶轮11与第二级叶轮12之间的部分）。

在如图1所示构成的涡轮制冷机的制冷循环中，制冷剂在涡轮压缩机1、冷凝器2、蒸发器3、节能器4中循环，利用在蒸发器3得到的冷热源来制造冷水并与负荷对应，使在制冷循环内获取的来自蒸发器3的热量以及从马达13供给的相当于涡轮压缩机1的功的热量向被供给至冷凝器2的冷却水释放。另一方面，在节能器4分离出的制冷剂气体被导入涡轮压缩机1的多级压缩级的中间部分，与来自第一级压缩机的制冷剂气体合流而被第二级压缩机压缩。根据二级压缩单级节能器循环，由于附加由节能器4产生的制冷效果部分，因此相应地增加该部分的制冷效果，从而与不设置节能器4的情况相比，能够实现制冷效果的高效率化。

设置有从连接涡轮压缩机1与冷凝器2的制冷剂配管5分支而延伸到排出器20的制冷剂供给配管5BP。从涡轮压缩机1流向冷凝器2的气相的制冷剂的一部分通过该制冷剂供给配管5BP而被引导至排出器20。排出器20的排出口经由制冷剂返回配管21而与涡轮压缩机1的齿轮箱15的上部连接。

在蒸发器3设置有对贮存在其内部的制冷剂的液面高度进行检测的液面传感器23。该液面传感器23与控制部10连接，由液面传感器23检测出的制冷剂的液面高度的测量值被发送至控制部10。在蒸发器3设置有第一油回收口L1、第二油回收口L2以及第三油回收口L3。第一油回收口L1、第二油回收口L2以及第三油回收口L3配置在蒸发器3的不同高度。第一油回收口L1、第二油回收口L2以及第三油回收口L3安装在蒸发器3的外表面并与蒸发器3的内部连通。

第一油回收口L1、第二油回收口L2以及第三油回收口L3通过多个油回收线路（油回收配管）P1～P3而与排出器20连接。在上述油回收线路P1～P3分别设置有第一开闭阀V1、第二开闭阀V2以及第三开闭阀V3。第一开闭阀V1、第二开闭阀V2以及第三开闭阀V3与控制部10连接，第一开闭阀V1、第二开闭阀V2以及第三开闭阀V3的开闭动作由控制部10控制。更具体而言，控制部10操作第一开闭阀V1、第二开闭阀V2以及第三开闭阀V3以使在第一油回收口L1、第二油回收口L2以及第三油回收口L3中只有位于蒸发器3内的制冷剂的液面正下方的油回收口与排出器20连通。

排出器20将经由制冷剂供给配管5BP供给的气相的制冷剂作为驱动源而动作，通过第一油回收口L1、第二油回收口L2以及第三油回收口L3中的一个来吸引滞留于蒸发器3的含有油的制冷剂。含有油的制冷剂与通过制冷剂供给配管5BP供给的制冷剂一起，返回到涡轮压缩机1的齿轮箱15以及油缸16。

图2表示蒸发器3的剖视图。在蒸发器3的内部配置有由供冷水流动的导热管构成的导热部25。液相的制冷剂被在导热部25中流动的冷水加热而成为气相的制冷剂。如图2所示，第一油回收口L1、第二油回收口L2以及第三油回收口L3配置在不同的高度。最低的第一油回收口L1位于比导热部25的最低点稍高的位置，最高的第三油回收口L3位于比导热部25的最高点稍低的位置。第二油回收口L2位于第一油回收口L1与第三油回收口L3之间。在本实施方式中，三个油回收口L1～L3配置在三个不同的高度，但本发明不限定于该例，也可以设置两个油回收口，或设置四个以上油回收口。在任何情况下，开闭阀都与多个油回收口对应地设置。

本实施方式使用的制冷剂和油具有相溶性，泄漏的油以溶入制冷剂的状态残留在蒸发器3内。在满液式蒸发器3中，含有油的制冷剂液与冷水进行热交换而蒸发，因此越接近制冷剂液面，从蒸发的制冷剂气体分离的油的比率越高。因此根据制冷剂液面的变动来选择适当高度的油回收口来实现油回收功能的提高。另外，也能够同时减少多余的制冷剂液，因此能够避免上述的在油缸16内的油温度的降低、起泡。

图3表示第一开闭阀V1、第二开闭阀V2以及第三开闭阀V3的控制例。蒸发器3内的制冷剂的液面根据制冷负载、冷却水温度条件而变动。利用液面传感器23来检测液面高度，在制冷剂液面高于第三油回收口L3的情况下，将与第三油回收口L3连接的第三开闭阀V3打开，并关闭其他开闭阀V1、V2。在液面降低而位于第三油回收口L3与第二油回收口L2之间的情况下，将与第二油回收口L2连接的第二开闭阀V2打开，并关闭第三开闭阀V3。此时，第一开闭阀V1保持关闭状态。在液面进一步降低而位于第二油回收口L2与第一油回收口L1之间的情况下，将与第一油回收口L1连接的第一开闭阀V1打开，并关闭第二开闭阀V2。此时，第三开闭阀V3保持关闭状态。

这样，基于蒸发器3内的液面高度来控制开闭阀V1～V3，并利用排出器20从位于液面正下方的油回收口吸引含有油的制冷剂。在蒸发器3内的液面上升的情况下，同样基于蒸发器3内的液面高度来控制开闭阀V1～V3，而只有位于液面正下方的油回收口与排出器20连通。

在液面高度低于位于最低的位置的第一油回收口L1的情况下，控制部10可以输出液面降低的警报信号。液面传感器23可以是输出连续的电信号的传感器，或者是浮球式开关。上述开闭阀V1～V3的种类可列举出电磁阀、电动阀等。根据本实施方式，通过可靠地浸入制冷剂液的油回收口，能够确保稳定的油回收功能，并且能够避免油缸16内的油温度降低、起泡。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，在其技术思想的范围内，当然也可以以各种不同的方式来实施。

Claims (4)

1.一种涡轮制冷机，具备：从冷水夺取热量而使制冷剂蒸发来发挥制冷效果的蒸发器、利用叶轮来压缩制冷剂的涡轮压缩机、以及用冷却水对压缩后的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝的冷凝器，所述涡轮制冷机的特征在于，具备：

多个油回收口，它们设置于所述蒸发器并配置在不同的高度；

排出器，其通过所述多个油回收口中的一个来吸引滞留于所述蒸发器的含有油的制冷剂并使其返回至所述涡轮压缩机的油缸；

多个油回收线路，它们连接所述多个油回收口与所述排出器；

多个开闭阀，它们分别设置于所述多个油回收线路；

液面传感器，其检测所述蒸发器内的制冷剂的液面高度；以及

控制部，其以使所述多个油回收口中只有位于所述制冷剂的液面正下方的油回收口与所述排出器连通的方式操作所述多个开闭阀。

2.根据权利要求1所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述排出器由从所述涡轮压缩机排出的制冷剂气体驱动。

3.根据权利要求1所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述蒸发器具备由配置在该蒸发器内部的导热管构成的导热部，

所述多个油回收口包括：位于比所述导热部的最高点稍低的位置的油回收口、和位于比所述导热部的最低点稍高的位置的油回收口。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的涡轮制冷机，其特征在于，

在所述蒸发器内的制冷剂的液面高度降低到比所述多个油回收口中位于最低位置的油回收口低时，所述控制部发出警报信号。