JP2009185712A - ターボ圧縮機及び冷凍機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】回転駆動する第1インペラ21a及び第2インペラ22aと、第1インペラ21a及び第2インペラ22aが設けられ、冷媒ガスが流動する流路とを有し、上記流路の冷媒ガスを吸引して圧縮するターボ圧縮機であって、第1インペラ21a及び第2インペラ22aの上流側における上記流路の液体Lを排液する排液装置100を有するという構成を採用することによって、第1インペラ21a及び第2インペラ22aに至る上流側の流路において液体Lを予め排液して除去することで、流路に溜まる液体Lの第1インペラ21a及び第2インペラ22aへの衝突を防止することができる。
【選択図】図5
Description
圧縮機においては、圧縮比が大きくなると圧縮機の吐出温度が高くなり容積効率が低下してしまう。そこで、上述のようなターボ冷凍機等が備えるターボ圧縮機においては、複数段に分けて冷媒の圧縮を行う場合がある。例えば、特許文献1には、インペラとディフューザとを備える圧縮段を2つ備え、これらの圧縮段にて冷媒を順次圧縮するターボ圧縮機が開示されている。
このような構成を採用することによって、本発明では、インペラに至る上流側の流路において液体を予め排液して除去することで、流路に溜まる液体のインペラへの衝突を防止することができる。
このような構成を採用することによって、本発明では、外気温度の条件によって生じる液体を排液することができる。
このような構成を採用することによって、本発明では、電磁弁の開閉によって、液体を排液管により排液・非排液とする制御を行うことができる。
このような構成を採用することによって、本発明では、インペラが回転駆動して液体を吸引する前に、液体を排液することで好適に液体のインペラへの衝突を防止することができる。
このような構成を採用することによって、本発明では、液体が溜まり易い水平軸回りに形成された第2流路の底部となる位置毎からそれぞれ排液することで、液体の第2圧縮段のインペラへの衝突を防止することができる。
このような構成を採用することによって、本発明では、流路に溜まる液体のインペラへの衝突を防止することができるターボ圧縮機を備える冷凍機が得られる。
このような構成を採用することによって、本発明では、気圧差を利用して冷媒を排液部に導入させることで、別途ポンプ等を設ける必要はなく、コスト安に寄与することができる。
このような構成を採用することによって、本発明では、高低差を利用して冷媒を排液部に導入させることで、別途ポンプ等を設ける必要はなく、コスト安に寄与することができる。
このような構成を採用することによって、本発明では、排液して流路から除去した冷媒を廃棄することなく再利用することができる。
したがって、インペラの疲労破壊を防止し、また、インペラの圧縮性能の低下を抑制することができるターボ圧縮機を提供することができる効果がある。
図1は、本実施形態におけるターボ冷凍機(冷凍機)S1の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態におけるターボ冷凍機S1は、例えば空調用の冷却水を生成するためにビルや工場に設置されるものであり、図1に示すように、凝縮器1と、エコノマイザ2と、蒸発器(排液部)3と、ターボ圧縮機4とを備えている。
冷媒液X2は、配管R2を介してエコノマイザ2に供給される際に膨張弁5によって減圧され、減圧された状態にてエコノマイザ2において一時的に貯留された後、配管R3を介して蒸発器3に供給される際に膨張弁6によってさらに減圧され、さらに減圧された状態にて蒸発器3に供給される。
蒸発器3に供給された冷媒液X2は、蒸発器3によって蒸発されて冷媒ガスX4とされ、配管R5を介してターボ圧縮機4に供給される。
ターボ圧縮機4に供給された冷媒ガスX4は、ターボ圧縮機4によって圧縮されて圧縮冷媒ガスX1とされ、再び配管R1を介して凝縮器1に供給される。
なお、冷媒液X2がエコノマイザ2に貯留されている際に発生した冷媒の気相成分X3は、配管R4を介してターボ圧縮機4に供給され、冷媒ガスX4と共に圧縮されて圧縮冷媒ガスX1として配管R1を介して凝縮器1に供給される。
そして、このようなターボ冷凍機S1では、蒸発器3にて冷媒液X2を蒸発される際に、冷却対象物から気化熱を奪うことによって、冷却対象物の冷却あるいは冷凍を行う。
図2は、ターボ圧縮機4の水平断面図である。
図3は、ターボ圧縮機4の垂直断面図である。
図4は、ターボ圧縮機4が備える圧縮機ユニット20を拡大した垂直断面図である。
これらの図に示すように、本実施形態におけるターボ圧縮機4は、モータユニット10と、圧縮機ユニット20と、ギアユニット30と、排液装置100(図1及び図4参照)とを備えている。
なお、モータ12の出力軸11は、モータハウジング13に固定される第1軸受14と第2軸受15とによって回転可能に支持されている。
また、モータハウジング13は、ターボ圧縮機4を支持する脚部13aを備えている。そして、脚部13aの内部は、中空とされており、ターボ圧縮機4の摺動部位に供給される潤滑油が回収されると共に貯留される油タンク40として用いられる。
なお、第1ディフューザ21b、第1スクロール室21c及び吸入口21dの一部は、第1インペラ21aを囲う第1ハウジング21eによって形成されている。
各インレットガイドベーン21gは、第1ハウジング21eに固定された駆動機構21hによって冷媒ガスX4の流れ方向からの見かけ上の面積が変更可能なように回転可能とされている。
なお、第2ディフューザ22b、第2スクロール室22c及び導入スクロール室22dの一部は、第2インペラ22aを囲う第2ハウジング22eによって形成されている。
また、接続流路25における当該外部配管には、上述の配管R4(図1参照)が接続されており、エコノマイザ2にて発生した冷媒の気相成分X3が当該外部配管を介して第2圧縮段22に供給される構成となっている。
このギアユニット30は、モータ12の出力軸11に固定される大径歯車31と、回転軸23に固定されると共に大径歯車31と噛み合う小径歯車32とによって構成されており、出力軸11の回転数に対して回転軸23の回転数が増加するようにモータ12の出力軸11の回転動力を回転軸23に伝達する。
なお、第3軸受24が配置される空間50とギアユニット30が収納される空間60とは、第2ハウジング22eに形成された貫通孔80によって接続されており、さらに空間60と油タンク40とは接続されている。このため、空間50,60に供給されて摺動部位から流れ落ちた潤滑油は、油タンク40に回収される。
なお、配管R6は、図1に示すように、蒸発器3と接続されており、また、蒸発器3に至るまで勾配する排液流路を形成する構成となっている。
制御装置130(図4において不図示)は、電磁弁120の開放、閉塞の動作制御するものである。制御装置130は、図1に示すように、電磁弁120A〜120Cの各々に電気的に接続されており、電流のON、OFFによって電磁弁120A〜120Cを開放または閉塞とさせる制御を行う構成となっている。
図5は、ターボ圧縮機4の起動時の状態を示す図である。
ターボ圧縮機4は、図5に示すように、待機中にターボ圧縮機4内に満たされている冷媒ガスX4が外気温度の条件によって液化して、冷媒ガスX4が流通する流路の底部に液体Lが液溜りを形成する状態となっている。図5において液体Lは、吸入口21d、第1スクロール室21c、導入スクロール室22d及び第2スクロール室22cの底部に液溜りを形成している。
潤滑油供給装置70は、図2に示すように、ターボ圧縮機4の各摺動部位に油タンク40から潤滑油を供給して、モータ12の駆動に備えることとなる。起動時における当該給油動作が終了した後、モータ12は駆動されることとなり、モータ12の出力軸11の回転動力がギアユニット30を介して回転軸23に伝達され、これによって圧縮機ユニット20の図5に示す第1インペラ21aと第2インペラ22aとが回転駆動される。
したがって、排液装置100は、液溜りを形成する液体Lが当該回転駆動により吸引されて第1インペラ21aと第2インペラ22aとに衝突することを防止するため、第1インペラ21aと第2インペラ22aとが回転駆動される前であって、潤滑油供給装置70による起動時における給油動作中に作動することとなる。
したがって、排液流路を開放することによって高低差を利用し、吸入口21dに溜まった液体Lを吸入口底部21d1から吸引して排液管110Aを介して排液し、第1スクロール室21cに溜まった液体Lを第1スクロール室底部21c1から吸引して排液管110Bを介して排液し、さらに、導入スクロール室22dに溜まった液体Lを導入スクロール室底部22d1から吸引して排液管110Cを介して排液することができる。
なお、排液された液体Lは、配管R6において合流し、蒸発器3に導入された後、再利用されることとなる(図1参照)。
したがって、本実施形態では、第1インペラ21a及び第2インペラ22aの疲労破壊を防止し、また、それらインペラの圧縮性能の低下を抑制することができるターボ圧縮機4を提供することができる効果がある。
例えば、蒸発器3が液体Lを排液した箇所より上方に設けられる場合は、蒸発器3を液体Lを排液した箇所より低圧として、気圧差によって液体Lを蒸発器3に導く構成であっても良いし、また、別途ポンプを設けて液体Lを搬送する構成であっても良い。また、それらの組み合わせの構成であっても良い。
また、本発明における液体Lの導入先は蒸発器3に限定されるものでは無く、例えば、凝縮器1や、エコノマイザ2であっても良いし、また、別途液体Lを貯留するような排液部を設けても良い。この場合であっても、上記と同様に、高低差、気圧の差、または、ポンプによって排液を導入する構成であればより好ましい。
Claims (9)
- 回転駆動するインペラと、前記インペラが設けられ、気体が流動する流路とを有し、前記流路の前記気体を吸引して圧縮するターボ圧縮機であって、
前記インペラの上流側における前記流路の液体を排液する排液装置を有することを特徴とするターボ圧縮機。 - 前記液体は、前記気体が液化したものであることを特徴とする請求項1に記載のターボ圧縮機。
- 前記排液装置は、前記流路に接続されて前記液体を排液する排液管と、
前記排液管に接続された電磁弁と、
前記電磁弁を開閉する制御装置とを有することを特徴とする請求項1または2に記載のターボ圧縮機。 - 前記制御装置は、前記インペラが回転駆動する前において、前記電磁弁を開放することを特徴とする請求項3に記載のターボ圧縮機。
- 前記気体を多段圧縮するために前記インペラを有する圧縮段が複数段設けられ、
第1圧縮段と、前記第1圧縮段と異なる第2圧縮段とを連結する水平軸回りに形成された第2流路を有し、
前記第2流路の底部となる位置毎に前記排液管が設けられることを特徴とする請求項3または4に記載のターボ圧縮機。 - 圧縮された冷媒を冷却液化する凝縮器と、液化された前記冷媒を蒸発させて冷却対象物から気化熱を奪うことによって前記冷却対象物を冷却する蒸発器と、前記蒸発器にて蒸発された前記冷媒を圧縮して前記凝縮器に供給する圧縮機とを備える冷凍機であって、
前記圧縮機として、請求項1〜5のいずれか一項に記載のターボ圧縮機を備えることを特徴とする冷凍機。 - 前記排液装置は、前記冷媒を排液した箇所と連通して前記箇所より気圧の低い排液部を有することを特徴とする請求項6に記載の冷凍機。
- 前記排液装置は、前記冷媒を排液した箇所と連通して前記箇所より下方に設けられる排液部を有することを特徴とする請求項6または7に記載の冷凍機。
- 前記排液部は、前記蒸発器であることを特徴とする請求項7または8に記載の冷凍機。
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