JP2000230760A

JP2000230760A - 冷凍機

Info

Publication number: JP2000230760A
Application number: JP11029892A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ueda; 憲治上田; Tatsuya Sato; 達哉佐藤; Hideki Tachibana; 英樹立花; Kazuhiro Sakamoto; 和宏坂本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2000-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】満液式とスプレー式とを混合することにより
効率良く蒸発を行なわせることができる蒸発器を提供す
る。【解決手段】満液式に特化した満液式チューブ１３を
シェル１１内の相対的な下部に配設し、且つスプレー式
に特化したスプレー式チューブ１５をシェル１１内の相
対的な上部に配設するとともに、満液式チューブ１３の
集合体で形成する満液式流通路Ａ１、Ａ２の数と、スプ
レー式チューブ１５の集合体で形成するスプレー式流通
路Ｂの数との比を２：１とし、さらにスプレー式チュー
ブ１５に冷媒液を噴霧するスプレー１４には凝縮器５の
出口の高圧の冷媒液を供給するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蒸発器、圧縮機及び
これを有する冷凍機に関し、特にシェルアンドチューブ
式の蒸発器及び羽根車等の圧縮部を高速で回転させる圧
縮機を有する冷凍機、例えばターボ冷凍機に適用して有
用なものである。

【０００２】

【従来の技術】図１はターボ冷凍機の構成の一例を示す
系統図である。同図に示すように、圧縮機１は蒸発器２
にて蒸発した冷媒（例えはフルオロカーボン類等の有機
冷媒）ガスを吸込部１ｃに吸入し、駆動電動機３により
高速回転する羽根車４により２段圧縮（１段圧縮でも勿
論良い。）して凝縮器５に吐出するように構成してあ
る。蒸発器２はその内部に充填した冷媒液とその内部に
取り込む冷水（ブライン）との間で熱交換を行うことに
より冷媒液を蒸発させるように構成した満液式と呼称さ
れる方式のものである。凝縮器５は圧縮機１より吐出さ
れた高温高圧の冷媒ガスをチューブ内を流れる冷却水に
より冷却して凝縮液化させるものである。中間冷却器６
は凝縮器５と蒸発器２との間に一定の圧力差を保持する
ともに、冷媒の一部を蒸発させて蒸発器２の潜熱の増大
を図るものである。したがって、この中間冷却器６は多
段圧縮機を有する場合に必要となる機器であり、１段圧
縮の圧縮機の場合には必要ない。なお、図中の実線が冷
媒液の配管、点線が冷媒ガスの配管である。

【０００３】（１１１）かかるターボ冷凍機におい
て、蒸発器２のチューブ内を流れる冷水は、チューブの
周囲の冷媒より温度が高いため、熱は冷水より冷媒に移
行する。この結果冷媒液は、蒸発器２の内部の圧力に相
当する温度で蒸発し、圧縮機１に吸い込まれて高速回転
する一段目の羽根車４で圧縮され、中間冷却器６から流
入する低温の冷媒ガスにより降温した後、二段目の羽根
車４によってさらに圧縮されて凝縮器５に送られる。凝
縮器５内の高圧ガスは、チューブ内を流れる冷却水によ
り冷却され、凝縮器５内の圧力に相当する温度で凝縮す
る。

【０００４】凝縮器５で凝縮した冷媒液は凝縮器５に配
管接続された中間冷却器６に入り、一段目オリフィスで
中間圧力まで減圧されて膨張し、一部は気化して冷媒ガ
スとなる。この冷媒ガスは配管を介して圧縮機１の二段
目の羽根車４に吸い込まれる。一方、冷媒液の蒸発によ
り降温した残りの冷媒液は二段目オリフィスでさらに減
圧されて蒸発器２に入り蒸発する。

【０００５】かかる冷凍機において蒸発器２にはシェル
アンドチューブ方式のものが汎用されている。かかるシ
ェルアンドチューブ方式の蒸発器２は、さらに満液式シ
ェルアンドチューブ形の蒸発器と、スプレー式シェルア
ンドチューブ形の蒸発器に分けることができる。

【０００６】満液式シェルアンドチューブ形の蒸発器２
は、図２０に示すように、シェル１１と呼称される円筒
状の容器内に、冷媒と熱交換する冷水を流通させる多数
のチューブ１３をシェル１１の軸方向に亘り水平に配設
したものであり、チューブ１３をシェル１１内に充填す
る冷媒液１２中に浸漬しておき、チューブ１３内を流通
する冷水と熱交換することにより冷媒液１２を沸騰・蒸
発させるようにしたものである。したがって、この場合
の熱伝達は沸騰・蒸発により行なわれる。一方、スプレ
ー式シェルアンドチューブ形の蒸発器２は、図２１に示
すように、満液式と同様のシェル１１及びチューブ１５
に加え、シェル１１内でチューブ１５の上方に配設した
スプレー１４を有しており、シェル１１の下面に固着し
た液溜め１７内に貯溜された冷媒液１２を冷媒ポンプ１
８で汲み上げ、スプレー１４を介しチューブ１５に向け
て噴霧するようになっている。かくして、噴霧した冷媒
液がチューブ１５の外周面に付着して液膜１６を形成
し、このチューブ１５内を流通する冷水と熱交換するこ
とにより冷媒液を蒸発させるようにしたものである。し
たがって、この場合の熱伝達は膜蒸発により行なわれ
る。すなわち、満液式とスプレー式とは、シェルアンド
チューブ方式という点では共通するが、それぞれの蒸発
態様乃至熱伝達態様は異なる。なお、図２２に示すよう
に、ジェットポンプ１９を凝縮器５で生成した高圧の冷
媒液で駆動することで冷媒液１２を汲み上げ、スプレー
１４を介しチューブ１５に向けて噴霧するようにしたも
のもあり、この場合でも同様の機能を有する。

【０００７】上述の如く、蒸発器２には満液式シェルア
ンドチューブ形の蒸発器と、スプレー式シェルアンドチ
ューブ形の蒸発器とがあるが、特に大形のターボ冷凍機
では、通常満液式シェルアンドチューブ形の蒸発器が使
用される。従来技術に係るスプレー式シェルアンドチュ
ーブ形の蒸発器２は蒸発性能が低く、所望の蒸発性能を
確保しようとすれば、いきおい大形化せざるを得ないた
めである。一方、満液式シェルアンドチューブ形の蒸発
器２では、冷媒液１２の液圧（冷媒液１２の液面からの
深さ。）の影響を受けて冷媒液１２の液面からの深さが
深くなるにつれ液柱分だけ冷媒液１２の沸騰圧力が高く
なり、その分蒸発しにくくなる。すなわち、沸騰・蒸発
がチューブ１３の位置によって一様ではないため、冷水
の精密な温度制御を行なう用途には適さない。

【０００８】これに対し、スプレー式シェルアンドチュ
ーブ形の蒸発器２は膜蒸発により熱伝達を行なうもので
あり、各チューブ１５で均一な蒸発が確保される。した
がって、冷水の精密な温度制御を行なうことができる。
このため、スプレー式シェルアンドチューブ形の蒸発器
２は冷水の温度制御を精密に行なう必要がある用途、例
えばダイナミック氷蓄熱システムにおいて過冷却水を作
る際の過冷却器等として用いられている。

【０００９】（２２２）かかるターボ冷凍機における
圧縮機１の駆動電動機３はその駆動に伴い発熱するた
め、冷却する必要がある。図１９に示す冷凍機において
は、凝縮器５の出口側の冷媒液で駆動電動機３の固定子
３ａ及び回転子３ｂの冷却を行なっている。このため、
管路２１を介して凝縮器５の出口側の冷媒液を駆動電動
機３に供給するとともに、管路２２を介して冷却後のガ
ス状となった冷媒ガスを蒸発器２に排出するようになっ
ている。すなわち、管路２１の凝縮器５側はその駆動電
動機３側よりも高圧であり、管路２２の駆動電動機３側
はその蒸発器２側よりも高圧であるため、それぞれの圧
力差で管路２１を介して駆動電動機３の内部に冷媒液が
供給されるとともに、冷却後の冷媒が管路２２を介して
蒸発器２に排出される。

【００１０】従来技術に係る駆動電動機３の冷却構造を
図２３に基づきさらに詳細に説明する。図２３は駆動電
動機３の部分を抽出して示す説明図である。同図に示す
ように、固定子鉄心３ｃの中央部にはその上方から径方
向に沿って中心部に向かう垂直な孔３ｄが設けてあり、
凝縮器５から供給された冷媒液はこの孔３ｄを介して固
定子鉄心３ｃの内周面と回転子鉄心３ｅの外周面との間
のギャップに至り、このギャップに沿い軸方向（図中の
矢印Ａ）に流通するように構成してある。また、上記冷
媒液は固定子鉄心３ｃの外周面にも供給され、この外周
面に沿って軸方向（図中の矢印Ｂ，Ｃ）に流通するとと
もに、上記ギャップを流通してその端部から流出した冷
媒と一緒になった後蒸発器２に排出される。すなわち、
固定子鉄心３ｃの内周面と回転子鉄心３ｅの外周面との
間のギャップには液状の冷媒が供給されるが、このとき
の冷媒液の一部が気化蒸発し、冷媒ガスとなることに伴
う気化熱によっても固定子３ａ及び回転子３ｂの発生熱
が効果的に吸収されて冷却される。

【００１１】（３３３）かかるターボ冷凍機は回転体
であり軸受けを有し潤滑する必要がある。この潤滑油系
の配管を図１９中に一点鎖線で示す。この場合の潤滑点
は、駆動電動機３の回転軸を支承する軸受３ｆ，３ｇ、
圧縮機１の羽根車４の回転軸を支承する軸受８ａ，８ｂ
及び増速歯車９等である。これらの各部には、圧縮機１
のケーシング１ａ内の油タンク１ｂに内蔵された油ポン
プ７の駆動により油冷却器を介して潤滑油が供給され
る。この場合の軸受３ｆ，３ｇ，８ａ，８ｂには、通常
図２４に示すような静圧軸受３１が用いられる。この静
圧軸受３１は、図中に矢印で示すように、中央の孔３１
ａを介して潤滑油を径方向に圧入し、支承する回転軸３
２の外周面に噴射するとともにこの回転軸３２の軸方向
の両側に沿ってそれぞれ流し、出口３１ｂからそれぞれ
流出させることにより回転軸３２との間に油膜を形成す
るように構成したもので、この油膜を介して回転軸３２
を支承する。

【００１２】（４４４）この場合の潤滑油には、通常
冷媒に溶け込ませることができるものが使用されてい
る。潤滑油が蒸発器２の液面近傍以外の特定の場所に溜
まるのを防止し、冷媒とともに循環可能にするためであ
る。潤滑油は冷媒とケーシング１ａ内で接触するように
なっており、冷媒中には潤滑油が混入するとともに、こ
の状態の冷媒が凝縮器５を経て蒸発器２に至る。したが
って、蒸発器２では冷媒は蒸発してガスとなり圧縮機１
へ吸入されるが、潤滑油は蒸発しないので蒸発器２に残
留し、比重が冷媒よりも小さいので、蒸発器２内の冷媒
液にはその最上層に潤滑油の密度が高い層が形成され
る。

【００１３】ところが、満液式の蒸発器２を持つ冷凍機
はある一定以上の量の油が冷媒中に溶け込むと冷媒の伝
熱特性は低下し蒸発器２内の圧力の異常な低下や、これ
に伴う圧縮機１の動力の増加を招来する。このため油回
収装置を設けている。

【００１４】図２５は従来技術に係るこの種の油回収装
置を概念的に示す説明図である。同図に示すように、開
口部２ａ，２ｂ，２ｃは、潤滑油と冷媒液との混合液を
回収するよう蒸発器２の内部に臨んで開口するととも
に、蒸発器２の高さ方向に適宜配置させてシェル１１ま
たは管板２ｄに複数個（図では３個）取り付けてある。
各開口部２ａ，２ｂ，２ｃは弁４１ａ，４１ｂ，４１
ｃ、ドライヤ４２を経由してエジェクタ４３の吸引口に
連通している。また、同様に凝縮器５内に開口する開口
部も弁４５を経由してエジェクタ４３の駆動流体口に連
通している。エジェクタ４３の吐出口は弁４４を介して
油タンク１ｂに連通している。

【００１５】この油回収装置において搬送動力を供給す
るのがエジェクタ４３である。このエジェクタ４３は凝
縮器５入り口の冷媒ガス圧力が他の部分（蒸発器２及び
油タンク１ｂ）の圧力よりも十分高いことを利用するも
ので、油タンク１ｂ内の潤滑油の油面が所定の下限位置
まで低下した時点で動作させて潤滑油の回収を開始する
とともに、油面が所定の位置まで回復した時点で止め
る。さらに詳言すると、作動時には弁４４を全開にす
る。その後弁４５を開いて駆動流体である冷媒ガスをエ
ジェクタ４３に供給する。この結果エジェクタ４３の機
能により油タンク１ｂに向かうガス流が形成される。こ
の状態で弁４１ａ，４１ｂ，４１ｃの何れか１つを開く
と冷媒と潤滑油との混合液がエジェクタ４３に吸引さ
れ、次いで混合液は上記ガス流に乗って油タンク１ｂへ
搬送される。

【００１６】ここで開口部２ａ〜２ｃは３個設けている
が、これは当該ターボ冷凍機の負荷状態及び運転状態に
より蒸発器２内の冷媒液の液面が変動するからである。
すなわち、負荷が大きい時には冷媒液の液面が上がり、
負荷が低いときには下がる。また凝縮器５の圧力が高い
と液面が上り、低いと液面が下がる。このため上位、中
位及び下位等複数の液面にそれぞれ対応する必要があ
る。

【００１７】一方、図１９に示すように、圧縮機１の吸
込部１ｃにおいてもその周囲のケーシング１ａには潤滑
油が付着するが、かかる潤滑油を油タンク１ｂに回収す
るため吸込部１ｃと油タンク１ｂ間は均圧配管４６で連
通してある。油タンク１ｂと当該冷凍機で最も圧力が低
い吸込部１ｃとを同圧として吸込部１ｃに存在する潤滑
油を位置ヘッド差により必ず油タンク１ｂに回収される
ようにするためである。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】（１１１）上述の如
く従来技術に係るシェルアンドチューブ方式の蒸発器２
は、特殊な用途に供する場合を除き、特に大形の冷凍機
では、図２０に示すように、通常満液式シェルアンドチ
ューブ形の蒸発器２が用いられる。かかる満液式シェル
アンドチューブ形の蒸発器２においては、蒸発時の気泡
による冷媒液１２の液面の上昇を考慮しても最も液面が
高くなる最大負荷時に全てのチューブ１３が冷媒液１２
浸漬されるようにこの冷媒液１２を充填している。した
がって、部分負荷時には冷媒液１２の液面が下がり上部
のチューブ１３の中には冷媒液１２に浸漬されず冷媒液
１２の沸騰・蒸発に寄与しないものがでてくる。さら
に、最大負荷時においても上部のチューブ１３は下部の
チューブ１３からの冷媒ガスによりボイド率の高い（ガ
スの割合が多い）冷媒液１２中に浸漬されており、満液
式に特化したチューブ１３はその特性を活かしきれな
い。このため、チューブ１３の集合体に伝熱を寄与しな
い無効部が含まれることとなり、全体的な熱交換性能の
低下を招来するという問題がある。

【００１９】（２２２）図２３に示すように、従来技
術に係る冷凍機の圧縮機１においては、冷媒液によりそ
の駆動電動機３の冷却を行なっているので、熱容量が大
きく、また冷媒液の蒸発熱も利用することができるの
で、冷却性能の良好なものが得られるが、固定子鉄心３
ｃの内周面と回転子鉄心３ｅの外周面との間のギャップ
に粘性が大きい冷媒液が流入することとなり、これが回
転子３ｂの回転時の抵抗となって駆動電動機３の動力を
増加させる要因となる。かかる動力の増加は駆動電動機
３の回転速度が大きくなる程顕著になる。

【００２０】（３３３）上述の如く従来技術に係る冷
凍機においては、冷媒中に漏れ出た潤滑油が回収不能な
場所に貯溜するのを防止するため、この潤滑油は冷媒に
対してある程度の相溶性を有するものを用いている。こ
の場合、冷媒液は潤滑油に較べて粘性が低いため、潤滑
油に溶け込む冷媒比率が大きくなると、この潤滑油の軸
受け負荷能力が低下するという問題を生起する。また、
潤滑油が冷媒中に漏れ出るため、定期的なその回収、補
充、入替え等のメンテナンスに多大の時間を要する。

【００２１】上述の如き潤滑油を用いることに伴う問題
点は、潤滑油の代わりに冷媒自体を用いることができれ
ば解消するが、冷媒液を用いた場合には、軸受け負荷能
力が低く軸受の大形化を招くばかりでなく、静圧軸受３
１内に供給された冷媒液がその内部の回転軸３２部分の
発熱により出口３１ｂに至る迄の間に蒸発することがあ
り、このように蒸発した場合には、極端に軸受け負荷能
力が低下するという問題がある。かかる問題は、最初か
ら冷媒ガスを採用する方法も考えられるが、冷媒ガスの
場合には、さらに軸受け負荷能力が低いため、既存の静
圧軸受の発想ではこの課題を解決することはできない。

【００２２】（４４４）上述の如き従来技術において
冷媒系統に流出した潤滑油は、基本的には、蒸発器２に
集め、この蒸発器２に滞留する潤滑油をエジェクタ４３
により油タンク１ｂに戻すことにより回収している。こ
のときエジェクタ４３では凝縮器５から油タンク１ｂに
向かうガス流が蒸発器２内の潤滑油を搬送する際の駆動
流体として機能する。したがって、エジェクタ４３によ
る潤滑油の回収能力は凝縮器５と油タンク１ｂとの間の
圧力差により決定され、それ以上の回収を行なうことは
できない。

【００２３】一方、圧縮機１の吸込部１ｃでは冷媒ガス
中にミストとして含有される潤滑油が飛散して周囲のケ
ーシング１ａ等に付着し、自重で下降した後、下部に溜
まる。このように飛散して周囲に付着する潤滑油は吸込
部１ｃのベーンの駆動リンク等を潤滑するため、積極的
にこの現象を利用してはいるが、潤滑に要する量以上の
潤滑油が付着する場合も多い。また、油タンク１ｂの内
部において、潤滑油はミスト状のものとしても存在する
が、かかるミスト状の潤滑油は均圧配管４６を介して逆
に吸込部１ｃ側に流出し、これが液化して吸込部１ｃの
周囲に付着する。このようにして吸込部１ｃの周囲に付
着して液化した潤滑油は場合によっては回収不可能な場
所に貯溜されてしまう。

【００２４】したがって、冷媒系統に流出した潤滑油を
的確に回収するには、圧縮機１の吸込部１ｃの周辺に付
着する潤滑油を効果的に回収する必要がある。

【００２５】本願発明は、上記従来技術に鑑み、以下を
目的とする。（１１１）満液式とスプレー式とを組み合わせること
により効率良く蒸発を行なわせることができる蒸発器及
びこれを有する冷凍機を提供すること。（２２２）圧縮機駆動電動機の冷却性能を向上させか
つ回転損失の低い圧縮機駆動電動機及びこれを有する冷
凍機を提供すること。（３３３）液軸受を用いることなく、小形で良好な軸
受性能を確保することができる圧縮機及びこれを有する
冷凍機を提供すること。（４４４）圧縮機の吸込部の周囲に付着する潤滑油を
効果的に回収し得るようにした圧縮機及び冷凍機並びに
その運転方法を提供すること。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は次の点を特徴とする。１）シェルアンドチューブ式の蒸発器において、冷媒
液に浸漬した状態でこの冷媒液を沸騰・蒸発させるよう
満液式に特化した満液式チューブをシェル内の相対的な
下部に配設するとともに、上方のスプレーから噴霧する
ことにより付着する冷媒液を膜蒸発させるようスプレー
式に特化したスプレー式チューブをシェル内の相対的な
上部に配設し、さらに上記満液式チューブの集合体で形
成する満液式流通路に含まれる流通路の数と、上記スプ
レー式チューブの集合体で形成するスプレー式流通路に
含まれる流通路の数とを、スプレー式流通路に含まれる
流通路の数が満液式流通路に含まれる流通路の数に較べ
同数以下になるようにするとともに、満液式流通路又は
スプレー式流通路から流出した液体がスプレー式流通路
又は満液式流通路に流入するように構成したこと。本発
明によれば、満液式チューブ及びスプレー式チューブで
形成する流通路毎に熱通過率が最適となる熱流束に持っ
てくることができるばかりでなく、部分負荷時に満液式
チューブの一部が冷媒液に浸漬されない状態となって
も、かかる状態の満液式チューブの表面は上方のスプレ
ー式チューブを流下する冷媒液により濡らすことができ
るので、この部分においても膜蒸発による熱伝導が行な
われる。また、スプレーに供給される冷媒液の量はスプ
レー式チューブの伝熱に必要な濡れ性を確保するのに十
分な量となる。

【００２７】２）上記１）に記載する蒸発器におい
て、スプレーは凝縮器、中間冷却器又はサブクーラから
の高圧の冷媒液を噴霧するように構成したものであるこ
と。これにより、従来技術に係るスプレー式シェルアン
ドチューブ形の蒸発器における冷媒ポンプ等の如き特別
な機器を必要とすることなく、スプレー式流通路で必要
とする冷媒液量以上の冷媒液をスプレーからスプレー式
チューブに向けて噴霧することができる。

【００２８】３）上記１）又は２）に記載する蒸発器
において、満液式チューブは、チューブ本体の表面に多
数の窪みを有する沸騰伝熱促進管で形成したこと。これ
により、沸騰伝熱促進管の窪みに冷媒液が入り込み、こ
のように入り込んだ冷媒液が集中的に満液式チューブを
流通する冷水と熱交換して蒸発することにより冷媒液を
高い伝熱性能で沸騰蒸発させることができる。

【００２９】４）上記１）又は２）に記載する蒸発器
において、スプレー式チューブは、チューブ本体の表面
に径方向に突出して設けるフィンの高さを最適なものと
してその数を増やすとともに、フィンの一部を軸方向に
切り欠いて付着した冷媒液がこの切り欠きに沿い移動し
得るように構成したものであること。これにより、スプ
レー式チューブに付着した冷媒液の液膜をこのスプレー
式チューブの表面の全域に広げることができるので、こ
の液膜を効果的に膜蒸発させることができる。

【００３０】５）羽根車等の圧縮部を駆動電動機で回
転することにより吸入した冷媒ガスを圧縮して吐出する
圧縮機において、駆動電動機の固定子を占位させる固定
子空間と、固定子と回転子間のギャップを含み回転子を
占位させる回転子空間との間に仕切り部材を設けて両空
間を分離する一方、冷媒液供給口から固定子空間内に冷
媒液を供給して固定子を冷却し、その後冷媒液排出口か
らこの冷媒液を排出する一方、冷媒ガス供給口から回転
子空間に冷媒ガスを供給して固定子と回転子間のギャッ
プに沿い軸方向に流通させて回転子を冷却し、その後冷
媒ガス排出口からこの冷媒ガスを排出するように構成し
たこと。本発明によれば、固定子空間と回転子空間とは
仕切り部材で仕切られて独立した別々の空間となり、固
定子は熱容量の大きい冷媒液で冷却され、回転子、特に
その固定子の内周面との間のギャップに臨む部分は粘性
の低い冷媒ガスで冷却される。

【００３１】６）上記５）に記載する圧縮機は、駆動
電動機の回転軸に圧縮部の羽根車を直結したものである
こと。このように、駆動電動機の回転軸に羽根車を直結
したことにより、駆動電動機を高速回転とする必要があ
るが、粘性が低い冷媒ガスで冷却することにより電動機
回転損失の増大を抑えることができる。

【００３２】７）上記５）又は６）に記載する圧縮機
において、冷媒ガスの通路に臨ませて冷却リングを回転
軸に固着し回転子の冷却能力を増大すること。これによ
り、冷媒ガスはリングとも熱交換するため、回転子はこ
のリングを介しても冷媒ガスにより冷却される。

【００３３】８）上記５）乃至７）の何れか一つに記
載する圧縮機を有する冷凍機において、凝縮器の出口側
から圧縮機の冷媒液供給口を介して駆動電動機の固定子
空間内に冷媒液を供給するとともに冷媒液排出口から排
出する冷媒液を蒸発器の入口側に供給する一方、蒸発器
の出口側から圧縮機の冷媒ガス供給口を介して駆動電動
機の回転子空間に冷媒ガスを供給するとともに冷媒ガス
排出口から排出する冷媒ガスを圧縮機の吸引部に戻すよ
うに構成したこと。この結果、固定子は凝縮器から供給
される熱容量の大きい冷媒液で冷却され、回転子、特に
その固定子の内周面との間のギャップに臨む部分は蒸発
器から供給される粘性の低い冷媒ガスで冷却される。こ
のとき、冷媒液は凝縮器と蒸発器との間の差圧により固
定子空間内に供給される。また、固定子を冷却した冷媒
液は蒸発器に戻され、回転子を冷却した冷媒ガスは圧縮
機の吸い込み部に戻され、それぞれ当該冷凍機の冷媒と
して機能する。

【００３４】９）上記５）乃至７）の何れか一つに記
載する圧縮機を有する冷凍機において、蒸発器の出口側
から冷媒ポンプで汲み上げた冷媒液を圧縮機の冷媒液供
給口を介して駆動電動機の固定子空間内に供給するとと
もに、冷媒液排出口から排出する冷媒液を蒸発器の入口
側に供給する一方、蒸発器の出口側から圧縮機の冷媒ガ
ス供給口を介して駆動電動機の回転子空間に冷媒ガスを
供給するように構成したこと。この場合、冷媒液は蒸発
器の出口側から冷媒ポンプで汲み上げているので、当該
冷凍機の始動時であっても確実に冷媒液を固定子空間内
に供給することができる。

【００３５】１０）駆動電動機の回転により圧縮部で
冷媒ガスを圧縮する圧縮機において、高圧の冷媒ガスを
駆動電動機の回転子鉄心と固定子鉄心との間のギャップ
に供給してこの冷媒ガスを作動流体とする静圧軸受を形
成し、この静圧軸受で回転子鉄心を支承するように構成
したこと。本発明によれば、駆動電動機の回転子鉄心は
当該圧縮機で圧縮する冷媒ガスと同種の冷媒ガスを作動
流体とする静圧軸受により支承される。

【００３６】１１）駆動電動機で駆動する圧縮機によ
り圧縮した高温高圧の冷媒ガスを凝縮器で冷却水と熱交
換することにより凝縮するとともに、このようにして凝
縮した高圧の冷媒液を蒸発器で冷水と熱交換することに
より蒸発させて低圧の冷媒ガスとして上記圧縮機に戻す
ように構成した冷凍機において、駆動電動機の回転子鉄
心は、この回転子鉄心と固定子鉄心との間のギャップに
高圧の冷媒ガスを供給して形成した静圧軸受で支承する
ように構成したこと。この結果、駆動電動機の回転子鉄
心は当該冷凍機の圧縮機で圧縮する冷媒ガスと同種の冷
媒ガスを作動流体とする静圧軸受により支承される。

【００３７】１２）上記１１）に記載する冷凍機にお
いて、圧縮機の始動時における回転子鉄心を支承する高
圧の冷媒ガスは別途貯溜しておいた圧力タンク内の冷媒
ガスを使用する一方、圧縮機の定常運転時における回転
子鉄心を支承する高圧の冷媒ガスは圧縮機が吐出する冷
媒ガスをそのまま利用するとともに、回転子鉄心の静圧
軸受けの作動流体として機能した冷媒ガスは蒸発器へ戻
すように構成したこと。この結果、圧縮機の起動時には
圧力タンクに貯溜する高圧の冷媒ガスにより回転子鉄心
を浮かし、圧縮機の定常運転時には圧縮機で圧縮した高
温高圧の冷媒ガスで駆動電動機の回転子鉄心を継続して
支承する。この場合の静圧軸受の作動流体として機能し
た冷媒ガスは蒸発器に供給される。

【００３８】１３）上記１１）に記載する冷凍機にお
いて、圧縮機の始動時における回転子鉄心を支承する高
圧の冷媒ガスは別途貯溜しておいた圧力タンク内の冷媒
ガスを使用する一方、圧縮機の定常運転時における回転
子鉄心を支承する高圧の冷媒ガスは凝縮器の飽和冷媒ガ
スを別のガス圧縮機で圧縮して得るとともに、静圧軸受
の作動流体として機能した冷媒ガスは凝縮器へ戻すよう
に構成したこと。

【００３９】１４）上記１１）に記載する冷凍機にお
いて、圧縮機の始動時における回転子鉄心を支承する高
圧の冷媒ガスは別途貯溜しておいた圧力タンク内の冷媒
ガスを使用する一方、圧縮機の定常運転時における回転
子鉄心を支承する高圧の冷媒ガスは蒸発器の冷媒ガスを
別のガス圧縮機で圧縮して得るとともに、静圧軸受の作
動流体として機能した冷媒ガスは蒸発器へ戻すように構
成したこと。

【００４０】１５）上記１１）に記載する冷凍機にお
いて、圧縮機の始動時における回転子鉄心を支承する高
圧の冷媒ガスは別途貯溜しておいた圧力タンク内の冷媒
ガスを使用する一方、圧縮機の定常運転時における回転
子鉄心を支承する高圧の冷媒ガスは蒸発器の冷媒ガスを
別のガス圧縮機で圧縮して得るとともに、静圧軸受の作
動流体として機能した冷媒ガスは凝縮器へ戻すように構
成したこと。

【００４１】１６）吸込部に吸い込んだ冷媒ガスを圧
縮し、高温高圧の冷媒ガスとして凝縮器に吐出するとと
もに、そのケーシング内のオイルタンクに貯溜する潤滑
油を油ポンプの駆動により軸受部分等の潤滑部位に供給
するように構成した圧縮機において、上記冷媒ガスの吸
込部と上記オイルタンクとの間に油ポンプにより汲み上
げた潤滑油を駆動流体とするジェットポンプを設け、こ
のジェットポンプの駆動により上記吸込部に存在する潤
滑油を上記オイルタンクに回収するように構成したこ
と。

【００４２】１７）圧縮機で圧縮した高温高圧の冷媒
ガスを凝縮器で冷却液と熱交換することにより凝縮させ
るとともに、このようにして凝縮した高圧の冷媒液を蒸
発器で冷水と熱交換することにより蒸発させて低圧の冷
媒ガスとして上記圧縮機に戻すように構成し、さらに上
記圧縮機においてはそのケーシング内のオイルタンクに
貯溜する潤滑油を油ポンプの駆動により軸受部分等の潤
滑部位に供給するように構成した冷凍機において、圧縮
機における冷媒ガスの吸込部と上記オイルタンクとの間
に油ポンプにより汲み上げた潤滑油を駆動流体とするジ
ェットポンプを設け、このジェットポンプの駆動により
上記吸込部に存在する潤滑油を上記オイルタンクに回収
するように構成したこと。

【００４３】１８）上記１７）に記載する冷凍機の運
転方法であって、当該冷凍機の冷凍運転を停止した後
も、一定時間油ポンプの運転のみを継続すること。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。

【００４５】（１１１）図１は本発明の実施の形態に
係る蒸発器を概念的に示す説明図である。本形態に係る
蒸発器２は、従来の蒸発器と同じシェルアンドチューブ
式の熱交換器ではあるが、満液式シェルアンドチューブ
形のものとスプレー式シェルアンドチューブ形のものと
を組み合わせた構成となっている。すなわち、満液式に
特化した満液式チューブ１３をシェル１１内の相対的な
下部に配設するとともに、スプレー式に特化したスプレ
ー式チューブ１５をシェル１１内の相対的な上部に配設
してある。さらに本形態では、スプレー式流通路Ｂに熱
流束が大きいという負荷条件を与えて満液式流通路Ａを
低熱流束域とするため、スプレー式チューブ１５の集合
体で形成するスプレー式流通路Ｂから流出した冷水が、
満液式チューブ１３の集合体で形成する満液式流通路Ａ
に流入するように形成してある。かかる負荷条件は逆に
しても良く、この場合には満液式流通路Ａで冷却された
冷水がスプレー式流通路Ｂでさらに冷却される構造とす
る。

【００４６】ここで「満液式に特化した満液式チューブ
１３」とは、冷媒液１２に浸漬した状態でこの冷媒液１
２をプール沸騰させる際に良好な沸騰伝熱特性を有する
もので、例えば図２（ａ）に示すように、チューブ本体
１３ａの表面に多数の窪み１３ｂを形成した沸騰伝熱促
進管と呼称されるチューブで好適に形成することができ
る。この沸騰伝熱促進管を用いた場合、その窪み１３ｂ
に冷媒液１２が入り込み、このように入り込んだ冷媒液
１２が集中的に冷水と熱交換して蒸発する。すなわち、
蒸発部位を窪み１３ｂの部分に限定することにより効率
良く沸騰・蒸発を行なわせることができるようにしたも
のである。

【００４７】また、「スプレー式に特化したスプレー式
チューブ１５」とは、シェル１１の内部で当該スプレー
式チューブ１５の上方に配設したスプレー１４から噴霧
して付着させる冷媒液を膜蒸発させる際に良好な膜伝熱
特性を有するもので、例えば図２（ｂ）に示すように、
チューブ本体１５ａの表面に径方向に突出して設けるフ
ィン１５ｂの高さを最適なものとしてその数を増やすと
ともに、フィン１５ｂの一部を軸方向に切り欠いた切欠
部１５ｃを設け、付着した液冷媒がこの切欠部１５ｃに
沿い移動し得るように構成したものである。膜蒸発を効
率良く行なわせるにはチューブの表面積を可及的に広く
すれば良いとする発想から、従来、当該用途には、チュ
ーブ本体に径方向に突出させたフィンを有するフィン管
を用いていたが、単純なフィン管の場合に、スプレー１
４から噴霧されてフィンに付着した冷媒液がフィンの存
在によりその付着部分に止まり当該フィン管のうち冷媒
液で濡らされる部分とそうでない部分とができてしまい
総合的な蒸発性能を低く抑える原因となっていた。本形
態に用いる上記スプレー式チューブ１５は、フィン１５
ｂ自体の高さが最適に設定してある、すなわち十分な表
面積を確保し得るフィンの高さとしてあるので、フィン
１５ｂに付着した冷媒液の液滴が軸方向に広がるばかり
でなく、切欠部１５ｃを有するので、この切欠部１５ｃ
を介しても液滴を軸方向に広げることができる。かくし
て、スプレー式チューブ１５に形成された液膜が当該ス
プレー式チューブ１５の表面の全域に広がり、スプレー
式チューブ１５において効果的な膜蒸発を行なわせるた
めの必須要件であるスプレー式チューブ１５の濡れ性を
良好に確保することができる。

【００４８】さらに、満液式チューブ１３は、単位面積
・時間当たりの熱量を表す量である熱流束（Ｋｃａｌ／
ｍ₂ｈ）が広い領域で、その大小に関わらず一定の管外
熱伝達率（ｈ₀）特性を有するという特徴をもってい
る。すなわち、熱流束が低い（満液式チューブ１３の本
数が多い）領域で用いても管外熱伝達率が低下しないた
め、熱流束が低い領域で用いた場合にその特長を活かす
ことができるものであるといい得る。一方、スプレー式
チューブ１５の管外熱伝達率（ｈ₀）特性は、熱流束
（Ｋｃａｌ／ｍ₂ｈ）が低い領域から高い領域に向けて
直線的に漸増する特性を有している。したがって、満液
式チューブ１３及びスプレー式チューブ１５の集合体で
形成する流通路（パス）毎に最適な熱流束における負荷
分担を設定してやることができ、最適な負荷分担を設定
してやることにより、当該蒸発器２に含まれるチューブ
の本数を減らすことができる。ちなみに、本形態の場
合、低い熱流束の領域に満液式チューブ１３を用い、高
い熱流束の領域でスプレー式チューブ１５を用いること
により、全体を満液式チューブ１３で形成する従来方式
の満液式の蒸発器に較べ全体的なチューブの本数を減ら
すことができる。

【００４９】本形態に係る蒸発器２において、満液式流
通路Ａは２つの流通路Ａ１，Ａ２で形成され、スプレー
式流通路Ｂは１つの流通路で形成している。すなわち、
３パスの満液式流通路Ａ１，Ａ２及びスプレー式流通路
Ｂを有するものとなっている。かくして、図３に示すよ
うに、冷水入口５１から水室５２へ流入した冷水は、ス
プレー式チューブ１５の集合体であるスプレー式流通路
Ｂを通って反対側の水室５３に至り、ここで折り返し満
液式チューブ１３の集合体である満液式流通路Ａ２を通
って水室５４に至り、ここに再度折り返して満液式チュ
ーブ１３の集合体である満液式流通路Ａ１を流通して水
室５５に至り、冷水出口５６を介して外部に流出する。
このとき、満液式流通路Ａ１，Ａ２に含まれる満液式チ
ューブ１３の数は同数であるが、スプレー式流通路Ｂに
含まれるスプレー式チューブ１５の数は満液式流通路Ａ
１又は満液式流通路Ａ２に含まれる満液式チューブ１３
の数よりも少なくて良い。上述の如く満液式チューブ１
３を熱流束が小さい領域で使用し、またスプレー式チュ
ーブ１５を熱流束が大きい領域で使用したからである。

【００５０】図１に示すように、スプレー１４には凝縮
器５の出口に直接連通する管路６１及び膨張弁６２を介
して冷媒液を供給するようになっている。したがって、
スプレー１４には高圧の冷媒液が供給され、この冷媒液
を、スプレー１４を介してスプレー式チューブ１５に向
けて噴霧するようになっている。このときのスプレー１
４は膨張弁としての機能も兼備する。さらに詳言する
と、膨張弁６２は部分負荷時に膨張弁として機能する一
方、定格負荷及びその近傍ではスプレー１４が主として
膨張弁として機能する。

【００５１】上述の如き本形態の蒸発器２においては、
二つの流通路の満液式流通路Ａ１，Ａ２を通る冷水とこ
れらの満液式流通路Ａ１，Ａ２を浸漬する冷媒液１２と
が熱交換して冷媒液１２を沸騰・蒸発させ、スプレー式
流通路Ｂを通る冷水とスプレー１４で噴霧してスプレー
式流通路Ｂを形成する各スプレー式チューブ１５の表面
に付着させた膜冷媒とが熱交換して膜蒸発させる。すな
わち、沸騰・蒸発と膜蒸発とによる冷媒液１２の蒸発が
生起される。ここで、当該冷凍機が部分負荷で運転され
ている場合、蒸発器２の冷媒液面が低下し満液式チュー
ブ１３のうち上部のものは冷媒液１２の液面から露出
し、冷媒液１２で浸漬されない状態となる場合がある
が、この場合でも露出した満液式チューブ１３には上方
から流下する冷媒液が付着し、スプレー式チューブ１５
におけるのと同様の膜蒸発による熱交換が行なわれ、こ
のように露出した部分が当該熱交換に寄与しない無効部
分となることはない。

【００５２】さらに、上述の如き実施の形態に係る蒸発
器２においては、満液式チューブ１３の満液式流通路Ａ
１，Ａ２とスプレー式チューブ１５のスプレー式流通路
Ｂとの比を２：１とし、スプレー１４には凝縮器５の出
口から膨張弁６２を介して冷媒液を供給するようにした
ので、当該蒸発器２をスプレー式の蒸発器として機能さ
せ、スプレー式チューブ１５の濡れ性を十分良好なもの
とする場合、換言すればスプレー式チューブ１５が乾か
ないようにする場合に必要な冷媒量の３倍の冷媒液が噴
霧させることができる。このため、スプレー式チューブ
１５の濡れ性は十分に確保される。

【００５３】なお、上記実施の形態においては満液式チ
ューブ１３の満液式流通路Ａ１，Ａ２とスプレー式チュ
ーブ１５のスプレー式流通路Ｂとの比を２：１とした
が、勿論これに限定するものではない。スプレー式チュ
ーブ１５が乾かないように十分な冷媒液を噴霧してやる
必要があるため、満液式チューブ１３で形成する満液式
流通路の数がスプレー式チューブ１５で形成するスプレ
ー式流通路の数よりも多くなければならないが、かかる
条件さえ充足すれば特別な限定はない。また、スプレー
１４から噴霧する高圧の冷媒液の供給源は凝縮器５に限
定する必要はない。凝縮器５の出口側の高圧の冷媒液、
すなわち凝縮器５の出口を出て蒸発器２に至る前の冷媒
液であれば良い。当該冷凍機がそれを有する場合には、
例えばサブクーラ６３（図５参照。）及び中間冷却器６
（図６参照。）等をこの場合の冷媒液の供給源とするこ
ともできる。

【００５４】図４は上記実施の形態に係る蒸発器２を有
する冷凍機を示す系統線図である。同図に示すように、
当該冷凍機は圧縮機１で圧縮した高温高圧の冷媒ガスを
凝縮器５で冷却水と熱交換することにより凝縮させると
ともに、このようにして凝縮器した高圧の冷媒液を蒸発
器２で冷水と熱交換することにより蒸発させて低圧の冷
媒ガスとして上記圧縮機１に戻すように構成したもので
ある。すなわち、従来と同様の冷凍サイクルを形成する
ものではあるが、当該冷凍機において、蒸発器２には膨
張弁６２を介して凝縮器５から高圧の冷媒液が供給さ
れ、この冷媒液をスプレー１４で噴霧することにより蒸
発器２が図１に基づいて説明した上述の如き機能を発揮
する。

【００５５】図５は図４に示す冷凍機の凝縮器５と蒸発
器２との間にサブクーラ６３を設けたものである。当該
冷凍機においては、サブクーラ６３の出口側の高圧冷媒
が膨張弁６２を介して蒸発器２のスプレー１４に供給さ
れる。図６は図４に示す冷凍機の圧縮機１を多段式のも
のとし、凝縮器５ど蒸発器２との間に中間冷却器６を設
けたものである。当該冷凍機においては、中間冷却器６
の出口側の高圧冷媒が膨張弁６２を介して蒸発器２のス
プレー１４に供給される。また、当該冷凍機は凝縮器５
１と中間冷却器６との間にも膨張弁６４を設けてある。
これら図５及び図６に示す冷凍機においても蒸発器２は
図４に示すものと同様の機能を発揮する。

【００５６】（２２２）図７は本発明の実施の形態に
係るターボ冷凍機を示す系統図、図８は図７に示すター
ボ冷凍機における圧縮機の駆動電動機を抽出して示す説
明図である。両図に示すように、本形態に係る圧縮機１
は駆動電動機３と圧縮部である羽根車４とが増速機９を
介することなく連結された直結構造のものである。した
がって、駆動電動機３は高速回転数が要求される。

【００５７】上記駆動電動機３は、その固定子３ａを占
位させる固定子空間２６と、固定子３ａと回転子３ｂ間
のギャップを含み回転子３ｂを占位させる回転子空間２
７との間に仕切り部材２５を設けて固定子空間２６と回
転子空間２７とを分離する構造となっている。また、駆
動電動機３のケーシングの中央・下部には固定子空間２
６に臨む冷媒液供給口７１が、上部の左右２箇所には同
様に固定子空間２６を臨む冷媒液排出口７２ａ、７２ｂ
がそれぞれ設けてある。すなわち、冷媒液供給口７１か
ら固定子空間２６内に冷媒液を供給して固定子３ａを冷
却し、その後冷媒液排出口７２ａ、７２ｂからこの冷媒
液を排出することができるようになっている。また、固
定子３ａ及び回転子３ｂの右方においてケーシングの上
部には回転子空間２７に臨む冷媒ガス供給口が、同左方
においてケーシングの中央部には回転子空間２７に臨む
冷媒ガス排出口７４がそれぞれ設けてある。すなわち、
冷媒ガス供給口７３から回転子空間２７内に冷媒ガスを
供給して回転子３ａと固定子３ｂとの間のギャップを軸
方向に流通させ、このことにより回転子３ｂを冷却した
後、冷媒ガス排出口７４からこの冷媒ガスを排出するこ
とができるようになっている。

【００５８】冷却用の冷媒液は凝縮器５の出口側から管
路２１を介して冷媒液供給口７１に至り、固定子３ａを
冷却した後の冷媒液は冷媒液排出口７２ａ、７２ｂから
管路２２を介して蒸発器２の入口側に至るように構成し
てある。また、冷却用の冷媒ガスは蒸発器２の出口側か
ら管路２３を介して冷媒ガス供給口７３に至り、回転子
３ｂを冷却した後の冷媒ガスは冷媒ガス排出口７４から
管路２４を介して圧縮機の吸い込み部１ｃに至るように
構成してある。

【００５９】回転子３ｂの回転軸３２には冷媒ガスの通
路に臨ませて冷却リング２８ａ，２８ｂが嵌着してあ
り、冷媒液に較べて熱容量が低く冷却性能が低い冷媒ガ
スで回転子３ｂを冷却することによる冷却性能の低下を
冷媒ガスと接触する部分の表面積を広くすることにより
抑えている。

【００６０】かかる本実施の形態においては、凝縮器５
からは管路２１及び冷媒液供給口７１を介して冷媒液が
固定子空間２６に流入して固定子３ａを冷却し、その後
冷媒液排出口７２ａ、７２ｂ及び管路２２を介して蒸発
器２に戻る。すなわち、固定子３ａは熱容量が大きい冷
媒液で効果的に冷却される。このとき、冷媒液は固定子
空間２６を規定する仕切り部材２５の外部に流出するこ
とはないので回転部分に接触することはなく、したがっ
て回転抵抗増加することもない。また、この場合の凝縮
器５から固定子空間２６及び固定子空間２６から蒸発器
２への冷媒液の搬送は両者間の差圧を駆動源として行な
われる。

【００６１】一方、蒸発器２からは管路２３及び冷媒ガ
ス供給口７３を介して冷媒ガス回転子空間２７に流入
し、一方の冷却リング２８ａと熱交換した後、固定子鉄
心３ｃとの間のギャップにその一端から入り込み、軸方
向に沿い流通することにより接触部分を冷却してギャッ
プの他端に至る。さらに、冷媒ガスはギャップの他端か
ら他方の冷却リング２８ｂに至り、この冷却リング２８
ｂと熱交換した後、冷媒ガス排出口７４を経由して圧縮
機１の吸い込み部１ｃに至る。すなわち、回転子３ｂは
熱容量は低いが、粘性も低い冷媒ガスにより冷却される
ので冷媒液に較べ低い回転抵抗で圧縮機の運転ができ
る。ちなみに、本形態では駆動電動機３と圧縮部とを直
結する直結構造となっているので、駆動電動機３の速度
は従来の増速歯車９（図１９参照。）が採用された場合
に較べて格段に高速であることが要求される。このよう
に駆動電動機３の速度が高速になればなる程、回転子３
ｂを冷媒ガスで冷却することによる効果は顕著になる。
また、この場合の蒸発器２から回転子空間２７を経て圧
縮機１の吸い込み部１ｃへの冷媒ガスの流れは両者間の
差圧を駆動源として行なわれる。

【００６２】図９は本発明の実施の形態に係るターボ冷
凍機を示す系統図である。同図に示すように、本形態に
係る冷凍機は、蒸発器２の出口側から冷媒液ポンプ１８
で汲み上げた冷媒液を圧縮機１の冷媒液供給口７１を介
して駆動電動機３の固定子空間２６内に供給するととも
に、冷媒液排出口７２ａ、７２ｂから排出する冷媒液を
蒸発器２の入口側に供給するようにしたものである。す
なわち、前記の実施の形態に対して冷媒液の供給方法が
異なるが、他の構成要件は同一である。

【００６３】冷媒液は蒸発器２の出口側から冷媒供給口
７１に至る管路２１の途中に配設した冷媒ポンプ１８で
汲み上げているので、当該冷凍機の始動時であっても確
実に冷媒液を固定子空間２６内に供給することができ
る。ちなみに、図７に示す実施の形態の場合、周囲の温
度等の条件にもよるが、当該冷凍機の始動時には凝縮器
５内の冷媒液がガス化してしまっている場合もあり、固
定子空間２６内に供給される冷媒が冷媒液の状態で供給
されることは保証の限りではない。

【００６４】なお、上記実施の形態はターボ冷凍機の場
合であるが、駆動電動機で圧縮部を回転駆動する方式の
冷凍機であれば特別な限定はない。また、羽根車４を直
結したものに限定する必要もない。ただ、駆動電動機の
回転数が高くなれば高くなる程、本願発明の特長は顕著
なものとなる。

【００６５】（３３３）図１０は本発明の実施の形態
に係る圧縮機の駆動電動機及びその近傍部分を示す縦断
面図、図１１はその回転子及びその近傍部分の横断面図
である。両図に示すように、当該駆動電動機３の固定子
鉄心３ｃの中央部にはその径方向に沿い回転子鉄心３ｄ
の表面に向かう相対向する２組の孔３３ａ，３３ｂが形
成してある。各孔３３ａ，３３ｂには高圧の冷媒ガスが
供給されるようになっており、この高圧の冷媒ガスが回
転子鉄心３ｄの表面に噴射され、固定子鉄心３ｃとの間
のギャップを軸方向に沿って流れ、このギャップの両側
の開口端を介して流出し、ガス排出口３９ａ，３９ｂを
介して当該駆動電動機３の外部に流出するようになって
いる。このとき、孔３３ａ，３３ｂの先端部は固定子鉄
心３ｃの内周面に形成した溝３４ａ，３４ｂに臨んで開
口している。溝３４ａ，３４ｂは固定子鉄心３ｃの内周
面の軸方向に沿いその両端迄形成してある。また、固定
子鉄心３ｃの内周面は、図１１に特に明確に示すよう
に、同図中二点鎖線で示す真円である回転子鉄心３ｄの
外周形状に対してオフセット加工してあり、両者の間に
このオフセット加工によるギャップ３５ａ，３５ｂも形
成してある。かくして、このギャップ３５ａ，３５ｂも
含め固定子鉄心３ｃの内周面と回転子鉄心３ｄの外周面
との間のギャップに供給される高圧の冷媒ガスにより良
好な静圧軸受が形成される。すなわち、かかる構成によ
り孔３３ａ，３３ｂの先端部から噴射された高圧の冷媒
ガスはギャップ３５ａ，３５ｂ及び溝３４ａ，３４ｂを
介して固定子鉄心３ｃの表面との間のギャップの全域に
拡散し、これにより十分な受圧面積が確保されるため回
転子鉄心３ｄを支承する静圧軸受が形成される。このよ
うに高圧の冷媒ガスの回転子鉄心３ｄが支承された状態
で圧縮機１の羽根車４を回転駆動する。

【００６６】なお、上記実施の形態においては静圧軸受
のための高圧ガスの供給口である孔３３ａ，３３ｂは固
定子鉄心３ｃの内周面の相対向する位置に２組設けた。
この種の孔３３ａ，３３ｂは固定子鉄心３ｃの内周面で
２組が相対向する必要があるので、周方向に関して等間
隔に偶数個設ける必要はあるが、その数に特別な制限は
ない。ただ、上記実施の形態の如く２組でも十分な負荷
能力を有する静圧軸受とすることができる。

【００６７】上記実施の形態に係る駆動電動機３で駆動
される圧縮機を有する冷凍機に係る本発明の実施の形態
を図面に基づき詳細に説明する。

【００６８】図１２は本発明の実施の形態に係るターボ
冷凍機を示す系統図である。同図に示すように、当該冷
凍機は、圧縮機１で圧縮した高温高圧の冷媒ガスを凝縮
器５で冷却水と熱交換することにより凝縮させるととも
に、このようにして凝縮した高圧の冷媒液を膨張弁６２
を介して蒸発器２で冷水と熱交換することにより蒸発さ
せ、低圧の冷媒ガスとして上記圧縮機１に戻すように構
成したものであり、基本的には従来技術に係る冷凍機と
同構成のものである。ここで圧縮機１は駆動電動機３で
圧縮機１の羽根車４を回転させて冷媒ガスを圧縮するも
のであるが、両者の回転軸３２を共用する直結形のもの
として構成してある。なお、図中の実線が冷媒液の配
管、点線が冷媒ガスの配管である。

【００６９】圧縮機１が吐出する高圧の冷媒ガスは凝縮
器５に供給されるとともに、この凝縮器５に向かう管路
から分岐されて駆動電動機３の孔３３ａ，３３ｂにも供
給される。かくして、圧縮機１が吐出する高圧の冷媒ガ
スは駆動電動機３の回転子鉄心３ｄを支承する静圧軸受
の作動流体となる。ただ、圧縮機１の始動のためには駆
動電動機３が駆動されなければならず、駆動電動機３が
駆動されるためには、その回転子鉄心３ｄが静圧軸受で
支承されなければならない。したがって、駆動電動機３
を始動するための冷媒ガスは別途圧力タンク３６に貯溜
した高圧の冷媒ガスを用いる。このため圧縮機１から駆
動電動機３に至る管路の途中に弁３８ａ，３８ｂを介し
て圧力タンク３６を接続するとともに、圧力タンク３６
への分岐路よりも凝縮器５側で駆動電動機３に至る管路
の途中に弁３８ｃが配設してある。かくして、駆動電動
機３の始動時には弁３８ａを開くとともに、弁３８ｂ，
３８ｃを閉じて、圧力タンク３６内の冷媒ガスを駆動電
動機３の孔３３ａ，３３ｂに供給し、これにより形成さ
れる静圧軸受で回転子鉄心３ｄを浮かした状態でこの駆
動電動機３を始動する。このことにより圧縮機１から吐
出する冷媒ガスの圧力が所定の高圧になり定常運転に移
行した後、今度は逆に弁３８ｂ，３８ｃを開いて弁３８
ａを閉じる。かくして圧縮機１が吐出する高圧の冷媒ガ
スを圧力タンク３６に充填して次回の始動に備えるとと
もに、駆動電動機３の孔３３ａ，３３ｂに供給して回転
子鉄心３ｄを支承する静圧軸受の作動流体とする。一
方、回転子鉄心３ｄを支承する静圧軸受の作動流体とし
て機能した冷媒ガスは蒸発器２に戻すように構成してあ
る。

【００７０】本形態によれば、圧縮機１の始動時には、
圧力タンク３６から供給される高圧の冷媒ガスで回転子
鉄心３ｄが支承されて回転を開始し、定常運転時には圧
縮機１で圧縮した高温高圧の冷媒ガスが回転子鉄心３ｄ
の静圧軸受に供給されてこの回転子鉄心３ｄを支承し続
ける。このときの静圧軸受の作動流体として機能した冷
媒ガスは蒸発器２に供戻される。

【００７１】図１３は本発明の次の実施の形態に係るタ
ーボ冷凍機を示す系統図である。同図中図１２と同一部
分には同一番号を付し重複する説明は省略する。同図に
示すように、当該冷凍機の圧縮機１の駆動電動機３の回
転子鉄心３ｄを支承する静圧軸受の冷媒ガスは、凝縮器
５の飽和冷媒ガスを別のガス圧縮機３７で圧縮して得る
とともに、回転子鉄心３ｄの静圧軸受の作動流体として
機能した冷媒ガスは凝縮器５へ戻すように構成してあ
る。

【００７２】図１４は本発明の次の実施の形態に係るタ
ーボ冷凍機を示す系統図である。同図中図１２と同一部
分には同一番号を付し重複する説明は省略する。同図に
示すように、当該冷凍機の圧縮機１の駆動電動機３の回
転子鉄心３ｄを支承する静圧軸受の冷媒ガスは、蒸発器
２の冷媒ガスを別のガス圧縮機３７で圧縮して得るとと
もに、回転子鉄心３ｄの静圧軸受の作動流体として機能
した冷媒ガスは蒸発器２へ戻すように構成してある。

【００７３】図１５は本発明の次の実施の形態に係るタ
ーボ冷凍機を示す系統図である。同図中図１２と同一部
分には同一番号を付し重複する説明は省略する。同図に
示すように、当該冷凍機の圧縮機１の駆動電動機３の回
転子鉄心３ｄを支承する静圧軸受の冷媒ガスは、蒸発器
２の冷媒ガスを別のガス圧縮機３７で圧縮して得るとと
もに、回転子鉄心３ｄの静圧軸受の作動流体として機能
した冷媒ガスは凝縮器５へ戻すように構成してある。

【００７４】本発明は上述の如き実施の形態に限定され
るものではない。基本的に、圧縮機１を駆動電動機３で
回転駆動するものであれば他の変形例も本発明に係る技
術思想に含まれる。当然、ターボ冷凍機に限らず、スク
リュー冷凍機等のガス圧縮機にも好適に適用し得る。

【００７５】（４４４）図１６は本発明の実施の形態
に係るターボ冷凍機の構成の一例を示す系統図、図１７
は図１６における圧縮機及びその近傍部分を抽出して示
す拡大図である。両図に示すように本実施の形態に係る
冷凍機は、図１９に示す従来技術に係る冷凍機に、油ポ
ンプ７により汲み上げた潤滑油を駆動流体とするジェッ
トポンプ４７を追加したものであり、他の構成は図１９
に示す従来技術と同様である。

【００７６】図１６及び図１７に示すように、従来の潤
滑系を構成する油ポンプ７の吐出側の配管に分岐された
配管４８が連結してあり、この配管４８によりジェット
ポンプ４７の駆動流体である潤滑油を供給する。配管４
９はその一端が圧縮機１の吸込部の下部に開口してお
り、他端がジェットポンプ４７の吸引部に接続されてい
る。また、配管５０はその一端がジェットポンプ４７の
吐出口に開口しており、他端が油タンク１ｂの上方に開
口している。かくして、圧縮機１の吸込部１ｃの周囲に
付着した潤滑油、特に自重で降下して下部に貯溜する潤
滑油は配管４９を介してジェットポンプ４７に吸引され
油タンク１ｂへ吐出、回収される。この潤滑油の回収は
油ポンプ７が駆動していればよく、当該冷凍機が停止し
た後であっても可能である。

【００７７】（５５５）冷凍機の容量増加に伴い最近
では図１８の如く１台の蒸発器および凝縮器に対しパラ
レルに接続した２台の圧縮機を有するパラレル冷凍機が
提案されている。パラレル式冷凍機においては、シング
ル運転モードからパラレル運転モードに移行する際、後
発の圧縮機の起動に伴い蒸発器の内部圧力が急変し、当
該冷凍機のトリップを生起することがある。ここで「ト
リップ」とは、蒸発器の蒸発圧力が所定値を越えて下降
したとき及び所定値を越えて上昇したときに当該冷凍機
の運転を自動的に停止することである。上述の如くシン
グル運転モードからパラレル運転モードに移行する際に
は蒸発圧力が所定値を越えて下降することがあり、この
場合には当該冷凍機の運転が停止される。かかるトリッ
プの発生に伴う運転停止は当該冷凍機の効率を低下させ
る原因となる。

【００７８】ここで、シングル運転モードからパラレル
運転モードに移行する際、トリップを生起することなく
パラレル運転に円滑に移行することができるようにした
パラレル式冷凍機の制御方法を説明しておく。

【００７９】図１８に示すように、当該冷凍機はパラレ
ル式ターボ冷凍機であり、しかも多段式（２段式）ター
ボ冷凍機である。したがって、１台の凝縮器５及び蒸発
器２と、これらに対してパラレルに接続した２台の２段
式ターボ圧縮機１Ａ、１Ｂとを有するとともに、２段式
ターボ圧縮機１Ａ、１Ｂに対応して設けた２台の中間冷
却器６Ａ、６Ｂを有している。すなわち、当該パラレル
式ターボ冷凍機は２つの対称な冷媒系統を有している。
なお、図中において、冷媒ガスが流通する管路を点線
で、冷媒液が流通する管路を実線で示している。

【００８０】上述の如き冷媒系統のうちの１つの冷媒系
統に関してその動作を説明する。２段式ターボ圧縮機１
Ａは蒸発器２から供給される冷媒ガスを吸込部１ｃを介
して吸入し、これを圧縮して高温・高圧の冷媒ガスとし
て吐出口１ｄを介し凝縮器５に供給する。この高温・高
圧の冷媒ガスは凝縮器５で冷却水と熱交換することによ
り凝縮されて液化し、オリフィス５ａで減圧されて気液
混合状態となり、この冷媒が中間冷却器６Ａに供給され
る。中間冷却器６Ａでは気液混合状態の冷媒中の冷媒ガ
スが分離され、中間吸込弁７５を介して２段ターボ圧縮
機１Ａの圧縮部１ｃに戻り多段圧縮される。一方、中間
冷却器６Ａから排出された冷媒液は蒸発器２の直近のオ
リフィス７６を通過することによりさらに減圧されて蒸
発器２に至る。このようにして蒸発器２に供給された冷
媒液はその内部で冷水と熱交換することにより蒸発し、
冷媒ガスとなって２段式ターボ圧縮機１Ａに吸入され
る。かくして、蒸発器２内で冷媒と接触する管路中を流
れる冷水を所定温度に冷却する。

【００８１】バイパス管路７７は、蒸発器２に至る冷媒
液がオリフィス７６をバイパスすることができるように
したもので、このバイパス管路７７に配設する開閉弁７
８により開閉することができるようになっている。ホッ
トガスバイパス管路７９は凝縮器５と蒸発器２とを直接
連通する管路で、開閉弁８０により開閉することができ
るようになっている。かくして開閉弁８０の開状態のと
きには、凝縮器５の高温・高圧の冷媒ガスを直接蒸発器
２に供給することができるようになっており、このこと
により軽負荷時の円滑な運転が保証される。すなわち、
ホットガスバイパス管路７９を介した冷媒ガスは、冷凍
機としての仕事に寄与するものではないが、この冷媒ガ
スも含めて圧縮機３の負荷としてやることにより圧縮機
１Ａのサージングを防止する。ここで「サージング」と
は、圧縮機３が吸入する冷媒ガス量の不足により生起さ
れ、圧縮動作が間欠的になる現象をいう。

【００８２】以上の説明は２つの冷媒系統のうちの一方
に関するものであるが、他の冷媒系統の構成及び動作も
全く同様である。すなわち、中間冷却器６Ａに対応して
中間冷却器６Ｂが設けてあり、以下同様に中間吸込弁７
５に対応して中間吸込弁８１が、オリフィス７６に対応
してオリフィス８２が、バイパス管路７７に対してバイ
パス管路８３が、開閉弁７８に対して開閉弁８４が、ホ
ットガスバイパス管路７９に対してホットガスバイパス
管路８５が、開閉弁８０に対して開閉弁８６がそれぞれ
設けてある。また、オリフィス５ａにオリフィス５ｂが
対応している。

【００８３】かかる冷凍機は次のような態様で運転され
る。いま、圧縮機１Ａを先発機、圧縮機１Ｂを後発機と
する。軽負荷の場合には圧縮機１Ａによるシングルモー
ド運転が行われ、所定値以上の負荷の場合に圧縮機１
Ａ、１Ｂによるパラレルモード運転が行われる。そこ
で、先ず圧縮機１Ａの起動直前にプリローテーションベ
ーン（以下、単にベーンと称す。）及び中間吸込弁７５
を全閉状態にするとともに、ホットガスバイパス管路７
９及びディフューザーを全開状態にする。プリローテー
ションベーンの閉塞により吸込部１ｃが閉塞される。ま
た、「ディフューザー」とは、吐出口１ｄからの冷媒ガ
スの流量を調整するもので、吸入ガス量が少ない軽負荷
時に吐出口１ｄを絞ることによりこの吐出口１ｄを通過
するガス流速を速くしてやって吸入ガス量が少くてもサ
ージングを生起しないにようにするためのものである。

【００８４】上述の状態で圧縮機１Ａを起動し、負荷に
応じてベーンの開度を調整する。ホットガスバイパス管
路７９の開度及びディフューザーの開度はベーン開度と
連動させて調整する。具体的には、開閉弁８０の開度を
調整する。このとき、開閉弁８０の制御にインターラプ
ター制御（後に詳述する。）を適用し、徐徐に開度を小
さくするようにしてもよい。また、中間吸込弁７５は凝
縮器５及び蒸発器２の差圧が所定値になったことを条件
として開状態となり、中間冷却器６Ａから圧縮機１Ａに
冷媒ガスを戻す。

【００８５】なお、開閉弁７８は、基本的に冷却水の入
口温度に依存して開閉するが、蒸発器２の圧力が所定値
以下になると強制的に開状態となる。これによりオリフ
ィス７６を介することなく、中間冷却器６Ａの出口側の
高圧の冷媒液を蒸発器２に供給することができ、この蒸
発器２の内部圧力の異常な低下を防止することができ
る。

【００８６】負荷の増大が検知されパラレル運転モード
に移行する際には、先ず圧縮機１Ａのベーン開度を３０
％程度に絞る。ホットガスバイパス管路７９の開度及び
ディフューザーの開度もベーン開度に連動させる。一
方、後発の圧縮機１Ｂのベーン及び中間吸込弁８１を全
閉にするとともに、ホットガスバイパス管路８５及びデ
ィフューザーを全開にする。すなわち、先発の圧縮機１
Ａの起動直前と同様の状態とする。かかる状態で圧縮機
１Ｂを起動する。

【００８７】後発の圧縮機１Ｂの起動後に負荷に応じて
圧縮機１Ａ、１Ｂのベーン開度を大きくしていくが、こ
のベーンの開度制御はインターラプター制御による。こ
の「インターラプター制御」とは、制御対象の所定時間
の駆動とこれに続く所定時間の停止とを交互に繰り返す
ことにより目標の状態にする制御をいう。この場合に
は、圧縮機１Ａ、１Ｂの吸込部１ｃ、１ｃの開度を目標
開度になるまで開く際、所定時間開口動作を継続した
後、次の所定時間開口動作を停止し、かかる動作及び停
止を繰り返すことより、徐徐にベーンを開口する制御を
いう。

【００８８】後発の圧縮機１Ｂの起動後は、圧縮機１
Ａ、１Ｂのベーンの開度を負荷に応じて制御するととも
に、これらベーンのそれぞれの開度に追従してホットガ
スバイパス管路７９、８５及び圧縮機１Ａ、１Ｂのディ
フューザーの開度を制御する。また、中間吸込弁７５、
８１は凝縮器５及び蒸発器２の差圧が所定値になったこ
とを条件として開状態となり、中間冷却器６Ａ、６Ｂか
ら圧縮機１Ａ、１Ｂに冷媒ガスをそれぞれ戻す。開閉弁
８４の制御は、開閉弁７８の制御と同様であり、基本的
に冷却水の入口温度に依存して開閉するが、蒸発器２の
圧力が所定値以下になると強制的に開状態となる。これ
によりオリフィス８２を介することなく、中間冷却器６
Ｂの出口側の高圧の冷媒液を蒸発器２に供給することが
でき、この蒸発器２の内部圧力の異常な低下を防止する
ことができる。

【００８９】かかる運転方法によれば、後発の圧縮機の
起動に伴う蒸発器の蒸発圧力の変動を可及的に低減する
ことができ、トリップ等、運転に有害な現象を生起する
ことなく、円滑な運転を継続することができる。

【００９０】

【発明の効果】以上実施の形態とともに詳細に説明した
通り、［請求項１］に記載する発明は、シェルアンドチ
ューブ式の蒸発器において、冷媒液に浸漬した状態でこ
の冷媒液を沸騰・蒸発させるよう満液式に特化した満液
式チューブをシェル内の相対的な下部に配設するととも
に、上方のスプレーから噴霧することにより付着する冷
媒液を膜蒸発させるようスプレー式に特化したスプレー
式チューブをシェル内の相対的な上部に配設し、さらに
上記満液式チューブの集合体で形成する満液式流通路に
含まれる流通路の数と、上記スプレー式チューブの集合
体で形成するスプレー式流通路に含まれる流通路の数と
を、スプレー式流通路に含まれる流通路の数が満液式流
通路に含まれる流通路の数に較べ同数以下になるように
するとともに、満液式流通路又はスプレー式流通路から
流出した冷水がスプレー式流通路又は満液式流通路に流
入するように構成したので、満液式チューブ及びスプレ
ー式チューブで形成する流通路毎に熱流束を最適のポイ
ントに持ってくることができるばかりでなく、部分負荷
時に満液式チューブの一部が冷媒液に浸漬されない状態
となっても、かかる状態の満液式チューブの表面は上方
のスプレーから噴霧する冷媒液により濡らすことがで
き、この部分においても膜蒸発による熱伝導が行なわれ
る。また、スプレーに供給される冷媒液の量はスプレー
式チューブの濡れ性を確保するのに十分な量となる。こ
の結果、チューブの本数を減らすことができ、コストの
低減、小形化及び重量の低減に寄与し得るものとなる。
また、部分負荷時においても熱交換における満液式チュ
ーブの無効部分を除去することができるので、熱交換性
能を向上させることができる。さらに、スプレーからは
スプレー式チューブが乾かず、良好な濡れ性を確保する
のに十分な量の冷媒を噴霧することができる。

【００９１】［請求項２］に記載する発明は、［請求項
１］に記載する蒸発器において、スプレーは凝縮器、中
間冷却器又はサブクーラ等の出口側の高圧の冷媒液を噴
霧するように構成したので、スプレー式流通路で必要と
する冷媒液の量と同量以上の冷媒液をスプレーからスプ
レー式チューブに向けて噴霧することができる。この結
果、上述の如き［請求項１］に記載する発明と同様の効
果を奏する。

【００９２】［請求項３］に記載する発明は、［請求項
１］又は［請求項２］に記載する蒸発器において、満液
式チューブは、チューブ本体の表面に多数の窪みを有す
る沸騰伝熱促進管で形成したので、窪みに冷媒液が入り
込み、このように入り込んだ冷媒液が集中的に満液式チ
ューブを流通する冷水と熱交換して蒸発することにより
冷媒液を効率良く沸騰させることができるので、上記
［請求項１］又は［請求項２］に記載する発明と同様の
効果を奏することができる。

【００９３】［請求項４］に記載する発明は、［請求項
１］又は［請求項２］に記載する蒸発器において、スプ
レー式チューブは、チューブ本体の表面に径方向に突出
して設けるフィンの高さを最適なものとしてその数を増
やすとともに、フィンの一部を軸方向に切り欠いて付着
した液冷媒がこの切り欠きに沿い移動し得るように構成
したので、スプレー式チューブに付着した冷媒液の液膜
をこのスプレー式チューブの表面の全域に液膜を形成す
ることができるので、この液膜を効果的に膜蒸発させる
ことができ、上記［請求項１］又は［請求項２］に記載
する発明と同様の効果を奏することができる。

【００９４】［請求項５］に記載する発明は、羽根車等
の圧縮部を駆動電動機で回転することにより吸入した冷
媒ガスを圧縮して吐出する圧縮機において、駆動電動機
の固定子を占位させる固定子空間と、固定子と回転子間
のギャップを含み回転子を占位させる回転子空間との間
に仕切り部材を設けて分離する一方、冷媒液供給口から
固定子空間内に冷媒液を供給して固定子を冷却し、その
後冷媒液排出口からこの冷媒液を排出する一方、冷媒ガ
ス供給口から回転子空間に冷媒ガスを供給して固定子と
回転子間のギャップに沿い軸方向に流通させて回転子を
冷却し、その後冷媒ガス排出口から冷媒ガスを排出する
ように構成したので、固定子空間と回転子空間とは仕切
り部材で仕切られて独立した別々の空間となっており、
固定子は熱容量の大きい冷媒液で冷却され、回転子、特
にその固定子の内周面との間のギャップに臨む部分は粘
性の低い冷媒ガスで冷却される。

【００９５】この結果、固定子の冷却性能を損なうこと
なく、回転子の冷却性能を確保した上で、回転抵抗を低
減して駆動電動機の回転損失を低減できる。

【００９６】［請求項６］に記載する発明は、［請求項
５］に記載する発明において、駆動電動機の回転軸に圧
縮部の羽根車を直結したので、駆動電動機を高速回転す
る必要があるが、粘性が低い冷媒ガスで回転子が冷却さ
れることにより、駆動電動機の回転損失の増加を抑える
ことができる。

【００９７】［請求項７］に記載する発明は、［請求項
５］又は［請求項６］に記載する圧縮機において、冷媒
ガスの通路に臨ませて冷却リングを回転軸に固着したの
で、冷媒ガスはリングとも熱交換するため、回転子はこ
のリングを介しても冷媒ガスにより冷却される。

【００９８】このため、熱容量が小さい冷媒ガスによる
冷却性能を被冷却部の表面積を大きくすることにより補
完することができる。

【００９９】［請求項８］に記載する発明は、［請求項
５］乃至［請求項７］の何れか一つに記載する圧縮機を
有し、この圧縮機で圧縮した高温高圧の冷媒ガスを凝縮
器で冷却水と熱交換することにより凝縮させるととも
に、このようにして凝縮した高圧の冷媒液を蒸発器で冷
水と熱交換することにより蒸発させて低圧の冷媒ガスと
して上記圧縮機に戻すように構成した冷凍機において、
凝縮器の出口側から駆動電動機の固定子空間内に冷媒液
を供給するとともに冷媒液排出口から排出する冷媒液を
蒸発器入り口に排出する一方、蒸発器の出口側から駆動
電動機の回転子空間に冷媒ガスを供給するとともに圧縮
機の吸引部へ冷媒ガスを排出するよう構成したので、固
定子は凝縮器から供給される熱容量の大きい冷媒液で冷
却され、回転子、特にその固定子の内周面との間のギャ
ップに臨む部分は圧縮機から供給される粘性の低い冷媒
ガスで冷却される。このとき、冷媒液は凝縮器と蒸発器
との間の差圧により固定子空間内に供給され、更に固定
子を冷却した冷媒液は蒸発器に排出される。回転子を冷
却した冷媒ガスは圧縮機の吸引部に排出される。

【０１００】この結果、固定子の冷却性能は損なうこと
なく、回転子の冷却性能を確保した上で、回転抵抗の増
加を抑えることができる。また、固定子を冷却した冷却
液は蒸発器に戻され、回転子を冷却した冷媒ガスは圧縮
機の吸引部へ排出され、それぞれ当該冷凍機の冷媒とし
て機能するので、電動機冷却用の特別な媒体を別系統で
供給する必要もなく、冷凍機全体のコストの高騰を生起
することなく、その高効率化を図ることができる。

【０１０１】［請求項９］に記載する発明は、［請求項
５］乃至［請求項７］の何れか一つに記載する圧縮機を
有し、この圧縮機で圧縮した高温高圧の冷媒ガスを凝縮
器で冷却水と熱交換することにより凝縮させるととも
に、このようにして凝縮した高圧の冷媒液を蒸発器で冷
水と熱交換することにより蒸発させて低圧の冷媒ガスと
して上記圧縮機に戻すように構成した冷凍機において、
蒸発器の出口側から冷媒ポンプで汲み上げた冷媒液を圧
縮機の冷媒液供給口を介して駆動電動機の固定子空間内
に供給するとともに、その冷媒液を蒸発器へ排出する。
このとき、冷媒液は蒸発器の出口側から冷媒ポンプで汲
み上げているので、当該冷凍機の始動時であっても確実
に冷媒液を固定子空間内に供給することができる。ま
た、固定子を冷却した冷媒液は蒸発器に供給され、回転
子を冷却した冷媒ガスは圧縮機の圧縮部に供給され、そ
れぞれ当該冷凍機の冷媒として機能する。

【０１０２】［請求項１０］及び［請求項１１］に記載
する発明は、駆動電動機の回転により圧縮部で冷媒ガス
を圧縮する圧縮機において、高圧の冷媒ガスを駆動電動
機の回転子鉄心と固定子鉄心との間のギャップに供給し
てこの冷媒ガスを作動流体とする静圧軸受を形成し、こ
の静圧軸受で回転子鉄心を支承するように構成したの
で、駆動電動機の回転子鉄心を当該圧縮機で圧縮する冷
媒ガスと同種の冷媒ガスを作動流体とする静圧軸受によ
り支承することができる。

【０１０３】この結果、当該圧縮機に本来的に必要な冷
媒を用いた軸受で回転子鉄心を支承することができ、従
来技術において回転子鉄心を支承するために必要とした
軸受及びこれに伴う潤滑系を除去することができるの
で、圧縮機において、簡潔な構造で、潤滑油中に冷媒が
溶け込むことに伴う問題を解消し得る。

【０１０４】［請求項１２］に記載する発明は、［請求
項１１］に記載する冷凍機において、圧縮機の始動時に
おける回転子鉄心を支承する高圧の冷媒ガスは別途貯溜
しておいた圧力タンク内の冷媒ガスを使用する一方、圧
縮機の定常運転時における回転子鉄心を支承する高圧の
冷媒ガスは圧縮機が吐出する冷媒ガスをそのまま利用す
るとともに、回転子鉄心の作動流体として機能した冷媒
ガスは蒸発器へ戻すように構成したので、圧縮機の起動
時には圧力タンクに貯溜する高圧の冷媒ガスにより回転
子鉄心を浮かし、圧縮機の定常運転時には圧縮機で圧縮
した高温高圧の冷媒ガスで駆動電動機の回転子鉄心を継
続して支承することができる。また、この場合の静圧軸
受の作動流体として機能した冷媒ガスは蒸発器に排出さ
れる。

【０１０５】この結果、［請求項１１］に記載する発明
と同様の効果に加え、回転子鉄心の静圧軸受に供給する
冷媒ガスを得るのに別のガス圧縮機を用意する必要はな
く、その分コストの低減に寄与するという効果も奏す
る。

【０１０６】［請求項１３］に記載する発明は、［請求
項１１］に記載する冷凍機において、圧縮機の始動時に
おける回転子鉄心を支承する高圧の冷媒ガスは別途貯溜
しておいた圧力タンク内の冷媒ガスを使用する一方、圧
縮機の定常運転時における回転子鉄心を支承する高圧の
冷媒ガスは凝縮器の飽和冷媒ガスを別のガス圧縮機で圧
縮して得るとともに、回転子鉄心の作動流体として機能
した冷媒ガスは凝縮器へ戻すように構成したので、圧縮
機の起動時には圧力タンクに貯溜する高圧の冷媒ガスに
より回転子鉄心を浮かし、圧縮機の定常運転時には凝縮
器の飽和冷媒ガスを別のガス圧縮機で圧縮して得る冷媒
ガスで駆動電動機の回転子鉄心を継続して支承すること
ができる。この場合の静圧軸受の作動流体として機能し
た冷媒ガスは凝縮器に排出される。

【０１０７】この結果、本発明によれば、［請求項１
１］に記載する発明と同様の効果に加え、回転子鉄心を
支承する静圧軸受の冷媒ガスは凝縮器から供給して凝縮
器に戻しているので、この間のロスを最小にすることが
できるばかりでなく、ガス圧縮器で圧縮する冷媒ガスは
高圧であるので、このガス圧縮機は小形のもので良く、
コスト面でも有利なものとなるという効果も奏する。

【０１０８】［請求項１４］に記載する発明は、［請求
項１１］に記載する冷凍機において、圧縮機の始動時に
おける回転子鉄心を支承する高圧の冷媒ガスは別途貯溜
しておいた圧力タンク内の冷媒ガスを使用する一方、圧
縮機の定常運転時における回転子鉄心を支承する高圧の
冷媒ガスは蒸発器の冷媒ガスを別のガス圧縮機で圧縮し
て得るとともに、回転子鉄心の作動流体として機能した
冷媒ガスは蒸発器へ戻すように構成したので、圧縮機の
起動時には圧力タンクに貯溜する高圧の冷媒ガスにより
回転子鉄心を浮かし、圧縮機の定常運転時には蒸発器の
冷媒ガスを別のガス圧縮機で圧縮して得る冷媒ガスで駆
動電動機の回転子鉄心を継続して支承することができ
る。この場合の静圧軸受の作動流体として機能した冷媒
ガスは蒸発器に排出される。

【０１０９】この結果、本発明によれば、［請求項１
１］に記載する発明と同様の効果に加え、回転子鉄心を
支承する静圧軸受に供給する冷媒ガスの圧力差を大きく
することができ、ガス軸受の小形化に寄与し得るばかり
でなく、ロスも小さくすることができるという効果も奏
する。

【０１１０】［請求項１５］に記載する発明は、［請求
項１１］に記載する冷凍機において、圧縮機の始動時に
おける回転子鉄心を支承する高圧の冷媒ガスは別途貯溜
しておいた圧力タンク内の冷媒ガスを使用する一方、圧
縮機の定常運転時における回転子鉄心を支承する高圧の
冷媒ガスは蒸発器の冷媒ガスを別のガス圧縮機で圧縮し
て得るとともに、回転子鉄心の作動流体として機能した
冷媒ガスは凝縮器へ戻すように構成したので、圧縮機の
起動時には圧力タンクに貯溜する高圧の冷媒ガスにより
回転子鉄心を浮かし、圧縮機の定常運転時には蒸発器の
冷媒ガスを別のガス圧縮機で圧縮して得る冷媒ガスで駆
動電動機の回転子鉄心を継続して支承することができ
る。この場合の静圧軸受の作動流体として機能した冷媒
ガスは凝縮器に排出される。

【０１１１】この結果、本発明によれば、［請求項１
１］に記載する発明と同様の効果に加え、ロスを最も少
なくすることができるという効果も奏する。

【０１１２】［請求項１６］、［請求項１７］に記載す
る発明は、吸込部に吸い込んだ冷媒ガスを圧縮し、高温
高圧の冷媒ガスとして凝縮器に吐出するとともに、その
ケーシング内のオイルタンクに貯溜する潤滑油を油ポン
プの駆動により軸受部分等の潤滑部位に供給するように
構成した圧縮機において、上記冷媒ガスの吸込部と上記
オイルタンクとの間に油ポンプにより汲み上げた潤滑油
を駆動流体とするジェットポンプを設け、このジェット
ポンプの駆動により上記吸込部に存在する潤滑油を上記
オイルタンクに回収するように構成したので、吸込部に
存在する潤滑油は油ポンプにより汲み上げた潤滑油を駆
動流体とするジェットポンプにより油タンク内に回収す
ることができる。この結果、吸込部に存在する潤滑油を
的確に油タンク内に回収することができる。

【０１１３】［請求項１８］に記載する発明は、［請求
項１７］に記載する冷凍機の運転方法であって、当該冷
凍機の冷凍運転を停止した後も、一定時間油ポンプの運
転のみを継続するようにしたので、冷凍機の運転を停止
した後も油ポンプの継続的な駆動により圧縮機の吸込部
に存在する潤滑油を油タンクに回収し続けることができ
る。この結果、冷凍機の運転に伴い吸込部周辺に付着し
た潤滑油を完全に回収することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を概念的に示す説明図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態に用いる満液式チューブの
一例を一部切り欠いて示す側面図（ａ）及びスプレー式
チューブの一例を示す側面図（ｂ）である。

【図３】本発明の実施の形態に係る流通路を概念的に示
す説明図である。

【図４】本発明の実施の形態に係る冷凍機を示すブロッ
ク線図である。

【図５】本発明の実施の形態に係る冷凍機を示すブロッ
ク線図である。

【図６】本発明の実施の形態に係る冷凍機を示すブロッ
ク線図である。

【図７】本発明の実施の形態に係るターボ冷凍機の構成
の一例を示す系統図である。

【図８】図１４に示すターボ冷凍機における圧縮機の駆
動電動機を抽出して示す説明図である。

【図９】本発明の実施の形態に係るターボ冷凍機の構成
の一例を示す系統図である。

【図１０】本発明の実施の形態に係る圧縮機の駆動電動
機及びその近傍部分を示す縦断面図である。

【図１１】図１７に示す回転子及びその近傍部分の横断
面図である。

【図１２】本発明の実施の形態に係る冷凍機を示す系統
図である。

【図１３】本発明の実施の形態に係る冷凍機を示す系統
図である。

【図１４】本発明の実施の形態に係る冷凍機を示す系統
図である。

【図１５】本発明の実施の形態に係る冷凍機を示す系統
図である。

【図１６】本発明の実施の形態に係るターボ冷凍機の構
成の一例を示す系統図である。

【図１７】図２３における圧縮機およびその近傍部分を
抽出して示す拡大図である。

【図１８】パラレル式冷凍機の制御系統を説明する説明
図である。

【図１９】従来技術に係るターボ冷凍機の構成の一例を
示す系統図である。

【図２０】冷凍機に適用される従来技術に係る満液式シ
ェルアンドチューブ形の蒸発器を概念的に示す説明図で
ある。

【図２１】冷凍機に適用される従来技術に係るスプレー
式シェルアンドチューブ形の一つの蒸発器を概念的に示
す説明図である。

【図２２】冷凍機に適用される従来技術に係るスプレー
式シェルアンドチューブ形の他の蒸発器を概念的に示す
説明図である。

【図２３】ターボ冷凍機における圧縮機の駆動電動機を
抽出して示す説明図である。

【図２４】静圧軸受を概念的に示す説明図である。

【図２５】従来技術に係る油回収装置を概念的に示す説
明図である。

【符号の説明】

１圧縮機１ａケーシング１ｂ油タンク１ｃ吸い込み部２蒸発器２ａ開口部２ｂ開口部２ｃ開口部２ｄ管板３駆動電動機３ａ固定子３ｂ回転子３ｃ固定子鉄心３ｄ回転子鉄心３ｅ孔３ｆ，ｇ軸受け４羽根車５凝縮器６中間冷却器７油ポンプ８ａ，ｂ羽根車軸受９増速歯車１１シェル１２冷媒液１３チューブ（満液式）１３ａチューブ本体１３ｂチューブ窪み１４スプレー１５チューブ（スプレー式）１５ａチューブ本体１５ｂチューブフィン１５ｃフィン切欠部１６液膜１７液溜１８冷媒液ポンプ１９ジェットポンプ２１管路（モーター冷却供給）２２管路（モーター冷却戻り）２３管路（固定子冷却供給）２４管路（固定子冷却戻り）２５仕切材２６固定子空間２７回転子空間２８ａ，ｂ冷却リング３１静圧軸受け３２回転軸３３ａ，ｂ孔３４ａ，ｂ溝３５ａ，ｂギャップ３６圧力タンク３７ガス圧縮機３８ａ，ｂ，ｃ弁３９ａ，ｂガス排出口４１ａ，ｂ，ｃ弁４２ドライヤー４３エジェクター４４弁４５弁４６均圧配管４７ジェットポンプ４８配管（駆動流体）４９配管（吸引部）５０配管（吐出部）５１冷水入り口５２水室５３水室５４水室５５水室５６冷水出口６１管路（冷媒液）６２膨張弁６３サブクーラー６４膨張弁

フロントページの続き (72)発明者立花英樹兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者坂本和宏兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シェルアンドチューブ式の蒸発器におい
て、冷媒液に浸漬した状態でこの冷媒液を沸騰・蒸発させる
よう満液式に特化した満液式チューブをシェル内の相対
的な下部に配設するとともに、上方のスプレーから噴霧
することにより付着する冷媒液を膜蒸発させるようスプ
レー式に特化したスプレー式チューブをシェル内の相対
的な上部に配設し、さらに上記満液式チューブの集合体
で形成する満液式流通路に含まれる流通路の数と、上記
スプレー式チューブの集合体で形成するスプレー式流通
路に含まれる流通路の数とを、スプレー式流通路に含ま
れる流通路の数が満液式流通路に含まれる流通路の数に
較べ同数以下になるようにするとともに、満液式流通路
又はスプレー式流通路から流出した冷水がスプレー式流
通路又は満液式流通路に流入するように構成したことを
特徴とする蒸発器。
【請求項２】［請求項１］に記載する蒸発器におい
て、スプレーは凝縮器、中間冷却器又はサブクーラから
の高圧の冷媒液を噴霧するように構成したものであるこ
とを特徴とする蒸発器。
【請求項３】［請求項１］又は［請求項２］に記載す
る蒸発器において、満液式チューブは、チューブ本体の
表面に多数の窪みを有する沸騰伝熱促進管で形成したこ
とを特徴とする蒸発器。
【請求項４】［請求項１］又は［請求項２］に記載す
る蒸発器において、スプレー式チューブは、チューブ本
体の表面に径方向に突出して設けるフィンの高さを最適
なものとしてその数を増やすとともに、フィンの一部を
軸方向に切り欠いて付着した冷媒液がこの切り欠きに沿
い移動し得るように構成したものであることを特徴とす
る蒸発器。
【請求項５】羽根車等の圧縮部を駆動電動機で回転す
ることにより吸入した冷媒ガスを圧縮して吐出する圧縮
機において、駆動電動機の固定子を占位させる固定子空間と、固定子
と回転子間のギャップを含み回転子を占位させる回転子
空間との間に仕切り部材を設けて両空間を分離する一
方、冷媒液供給口から固定子空間内に冷媒液を供給して
固定子を冷却し、その後冷媒液排出口からこの冷媒液を
排出する一方、冷媒ガス供給口から回転子空間に冷媒ガ
スを供給して固定子と回転子間のギャップに沿い軸方向
に流通させて回転子を冷却し、その後冷媒ガス排出口か
ら冷媒ガスを排出するように構成したことを特徴とする
圧縮機。
【請求項６】［請求項５］に記載する圧縮機は、駆動
電動機の回転軸に圧縮部の羽根車を直結したものである
ことを特徴とする圧縮機。
【請求項７】［請求項５］又は［請求項６］に記載す
る圧縮機において、冷媒ガスの通路に臨ませて冷却リン
グを電動機回転軸に固着したことを特徴とする圧縮機。
【請求項８】［請求項５］乃至［請求項７］の何れか
一つに記載する圧縮機を有し、この圧縮機で圧縮した高
温高圧の冷媒ガスを凝縮器で冷却水と熱交換することに
より凝縮させるとともに、このようにして凝縮した高圧
の冷媒液を蒸発器で冷水と熱交換することにより蒸発さ
せて低圧の冷媒ガスとして上記圧縮機に戻すように構成
した冷凍機において、凝縮器の出口側から圧縮機の冷媒液供給口を介して駆動
電動機の固定子空間内に冷媒液を供給するとともに冷媒
液排出口から排出する冷媒液を蒸発器の入口側に供給す
る一方、蒸発器の出口側から圧縮機の冷媒ガス供給口を
介して駆動電動機の回転子空間に冷媒ガスを供給すると
ともに冷媒ガス排出口から排出する冷媒ガスを圧縮機の
吸い込み部に排出するように構成したことを特徴とする
冷凍機。
【請求項９】［請求項５］乃至［請求項７］の何れか
一つに記載する圧縮機を有し、この圧縮機で圧縮した高
温高圧ガスの冷媒ガスを凝縮器で冷却水と熱交換するこ
とにより凝縮させるとともに、このようにして凝縮した
高圧の冷媒液を蒸発器で冷水と熱交換することにより蒸
発させて低圧の冷媒ガスとして上記圧縮機に戻すように
構成した冷凍機において、蒸発器の出口側から冷媒ポンプで汲み上げた冷媒液を圧
縮機の冷媒液供給口を介して駆動電動機の固定子空間内
に供給するとともに、冷媒液排出口から排出する冷媒液
を蒸発器に排出する一方、蒸発器の出口側から圧縮機の
冷媒ガス供給口を介して駆動電動機の回転子空間に冷媒
ガスを供給するとともに冷媒ガス排出口から排出する冷
媒ガスを圧縮機の吸い込み部に排出するように構成した
ことを特徴とする冷凍機。
【請求項１０】駆動電動機の回転により圧縮部で冷媒
ガスを圧縮する圧縮機において、高圧の冷媒ガスを駆動
電動機の回転子鉄心と固定子鉄心との間のギャップに供
給してこの冷媒ガスを作動流体とする静圧軸受を形成
し、この静圧軸受で回転子鉄心を支承するように構成し
たことを特徴とする圧縮機。
【請求項１１】駆動電動機で駆動する圧縮機により圧
縮した高温高圧の冷媒ガスを凝縮器で冷却水と熱交換す
ることにより凝縮するとともに、このようにして凝縮し
た高圧の冷媒液を蒸発器で冷水と熱交換することにより
蒸発させて低圧の冷媒ガスとして上記圧縮機に戻すよう
に構成した冷凍機において、駆動電動機の回転子鉄心を、この回転子鉄心と固定子鉄
心との間のギャップに高圧の冷媒ガスを供給して形成し
た静圧軸受で支承するように構成したことを特徴とする
冷凍機。
【請求項１２】［請求項１１］に記載する冷凍機にお
いて、圧縮機の始動時における回転子鉄心を支承する高圧の冷
媒ガスは別途貯溜しておいた圧力タンク内の冷媒ガスを
使用する一方、圧縮機の定常運転時における回転子鉄心
を支承する高圧の冷媒ガスは圧縮機が吐出する冷媒ガス
をそのまま利用するとともに、回転子鉄心の静圧軸受け
の作動流体として機能した冷媒ガスは蒸発器へ戻すよう
に構成したことを特徴とする冷凍機。
【請求項１３】［請求項１１］に記載する冷凍機にお
いて、圧縮機の始動時における回転子鉄心を支承する高圧の冷
媒ガスは別途貯溜しておいた圧力タンク内の冷媒ガスを
使用する一方、圧縮機の定常運転時における回転子鉄心
を支承する高圧の冷媒ガスは凝縮器の飽和冷媒ガスを別
のガス圧縮機で圧縮して得るとともに、回転子鉄心の静
圧軸受けの作動流体として機能した冷媒ガスは凝縮器へ
戻すように構成したことを特徴とする冷凍機。
【請求項１４】［請求項１１］に記載する冷凍機にお
いて、圧縮機の始動時における回転子鉄心を支承する高圧の冷
媒ガスは別途貯溜しておいた圧力タンク内の冷媒ガスを
使用する一方、圧縮機の定常運転時における回転子鉄心
を支承する高圧の冷媒ガスは蒸発器からの冷媒ガスを別
のガス圧縮機で圧縮して得るとともに、回転子鉄心の静
圧軸受けの作動流体として機能した冷媒ガスは蒸発器へ
戻すように構成したことを特徴とする冷凍機。
【請求項１５】［請求項１１］に記載する冷凍機にお
いて、圧縮機の始動時における回転子鉄心を支承する高圧の冷
媒ガスは別途貯溜しておいた圧力タンク内の冷媒ガスを
使用する一方、圧縮機の定常運転時における回転子鉄心
を支承する高圧の冷媒ガスは蒸発器の冷媒ガスを別のガ
ス圧縮機で圧縮して得るとともに、回転子鉄心の静圧軸
受けの作動流体として機能した冷媒ガスは凝縮器へ戻す
ように構成したことを特徴とする冷凍機。
【請求項１６】吸込部に吸い込んだ冷媒ガスを圧縮
し、高温高圧の冷媒ガスとして凝縮器に吐出するととも
に、そのケーシング内のオイルタンクに貯溜する潤滑油
を油ポンプの駆動により軸受部分等の潤滑部位に供給す
るように構成した圧縮機において、上記冷媒ガスの吸込部と上記オイルタンクとの間に油ポ
ンプにより汲み上げた潤滑油を駆動流体とするジェット
ポンプを設け、このジェットポンプの駆動により上記吸
込部に存在する潤滑油を上記オイルタンクに回収するよ
うに構成したことを特徴とする圧縮機。
【請求項１７】圧縮機で圧縮した高温高圧の冷媒ガス
を凝縮器で冷却液と熱交換することにより凝縮させると
ともに、このようにして凝縮した高圧の冷媒液を蒸発器
で液体と熱交換することにより蒸発させて低圧の冷媒ガ
スとして上記圧縮機に戻すように構成し、さらに上記圧
縮機においてはそのケーシング内のオイルタンクに貯溜
する潤滑油を油ポンプの駆動により軸受部分等の潤滑部
位に供給するように構成した冷凍機において、圧縮機における冷媒ガスの吸込部と上記オイルタンクと
の間に油ポンプにより汲み上げた潤滑油を駆動流体とす
るジェットポンプを設け、このジェットポンプの駆動に
より上記吸込部に存在する潤滑油を上記オイルタンクに
回収するように構成したことを特徴とする冷凍機。
【請求項１８】［請求項１７］に記載する冷凍機の運
転方法であって、当該冷凍機の冷凍運転を停止した後
も、一定時間油ポンプの運転のみを継続することを特徴
とする冷凍機の運転方法。