JP5176574B2 - ターボ圧縮機及び冷凍機 - Google Patents

Description

本発明は、流体を複数のインペラにて圧縮可能なターボ圧縮機及び該ターボ圧縮機を備える冷凍機に関するものである。

水等の冷却対象物を冷却あるいは冷凍する冷凍機として、冷媒をインペラによって圧縮して排出するターボ圧縮機を備えるターボ冷凍機等が知られている。
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。
特開２００７−１７７６９５号公報

ところで、この様なターボ圧縮機において、ターボ冷凍機の待機中にターボ圧縮機内に満たされている冷媒ガス等が外気温度の条件によっては液化等して、冷媒ガス等が流通する流路の底部に液溜まりができる場合がある。この状態でターボ冷凍機を起動させると、液体がターボ圧縮機によって吸引されてインペラに衝突することで、インペラに過大な負荷が作用することとなる。このような、ターボ冷凍機の起動・待機を繰り返し行うことで、液体が衝突することによるインペラの疲労破壊が発生する場合がある。また、破壊に至らなくても、液体の衝突でインペラ羽部の表面粗さが低下して圧縮性能が低下する問題が発生する場合がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、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及びそれを備えた冷凍機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、回転駆動するインペラと、上記インペラが設けられ、気体が流動する流路とを有し、上記流路の上記気体を吸引して圧縮するターボ圧縮機であって、上記インペラの上流側における上記流路の液体を排液する排液装置を有するという構成を採用する。
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。

また、本発明では、上記液体は、上記気体が液化したものであるという構成を採用する。
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。

また、本発明では、上記排液装置は、上記流路に接続されて上記液体を排液する排液管と、上記排液管に接続された電磁弁と、上記電磁弁を開閉する制御装置とを有するという構成を採用する。
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。

また、本発明では、上記制御装置は、上記インペラが回転駆動する前において、上記電磁弁を開放するという構成を採用する。
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。

また、本発明では、上記気体を多段圧縮するために上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、上記第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、上記第２流路の底部となる位置毎に上記排液管が設けられるという構成を採用する。
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。

また、本発明では、圧縮された冷媒を冷却液化する凝縮器と、液化された上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上記冷却対象物を冷却する蒸発器と、上記蒸発器にて蒸発された上記冷媒を圧縮して上記凝縮器に供給する圧縮機とを備える冷凍機であって、上記圧縮機として、上記記載のターボ圧縮機を備えるという構成を採用する。
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。

また、本発明では、上記排液装置は、上記冷媒を排液した箇所と連通して上記箇所より気圧の低い排液部を有するという構成を採用する。
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。

また、本発明では、上記排液装置は、上記冷媒を排液した箇所と連通して上記箇所より下方に設けられる排液部を有するという構成を採用する。
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。

また、本発明では、上記排液部は、上記蒸発器であるという構成を採用する。
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。

本発明によれば、回転駆動するインペラと、上記インペラが設けられ、気体が流動する流路とを有し、上記流路の上記気体を吸引して圧縮するターボ圧縮機であって、上記インペラの上流側における上記流路の液体を排液する排液装置を有するという構成を採用することによって、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。
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。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
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。

凝縮器１は、気体状態で圧縮された冷媒である圧縮冷媒ガスＸ１が供給され、この圧縮冷媒ガスＸ１を冷却液化することによって冷媒液Ｘ２とするものである。この凝縮器１は、図１に示すように、圧縮冷媒ガスＸ１が流れる配管Ｒ１を介してターボ圧縮機４と接続されており、冷媒液Ｘ２が流れる配管Ｒ２を介してエコノマイザ２と接続されている。なお、配管Ｒ２には、冷媒液Ｘ２を減圧するための膨張弁５が設置されている。

エコノマイザ２は、膨張弁５にて減圧された冷媒液Ｘ２を一時的に貯留するものである。このエコノマイザ２は、冷媒液Ｘ２が流れる配管Ｒ３を介して蒸発器３と接続されており、エコノマイザ２にて生じた冷媒の気相成分Ｘ３が流れる配管Ｒ４を介してターボ圧縮機４と接続されている。なお、配管Ｒ３は、冷媒液Ｘ２をさらに減圧するための膨張弁６が設置されている。また、配管Ｒ４は、ターボ圧縮機４が備える後述する第２圧縮段２２に気相成分Ｘ３を供給するようにターボ圧縮機４と接続されている。

蒸発器３は、冷媒液Ｘ２を蒸発させて水等の冷却対象物から気化熱を奪うことによって冷却対象物を冷却するものである。この蒸発器３は、冷媒液Ｘ２が蒸発されることによって生じる冷媒ガスＸ４が流れる配管Ｒ５を介してターボ圧縮機４と接続されている。なお、配管Ｒ５は、ターボ圧縮機４が備える後述する第１圧縮段２１と接続されている。さらに、蒸発器３は、ターボ圧縮機４に対して下方に配置されており、後述する排液装置１００と配管Ｒ６を介して接続されている。

ターボ圧縮機４は、冷媒ガスＸ４を圧縮して上記圧縮冷媒ガスＸ１とするものである。このターボ圧縮機４は、上述のように圧縮冷媒ガスＸ１が流れる配管Ｒ１を介して凝縮器１と接続されており、冷媒ガスＸ４が流れる配管Ｒ５を介して蒸発器３と接続されている。

このように構成されたターボ冷凍機Ｓ１においては、配管Ｒ１を介して凝縮器１に供給された圧縮冷媒ガスＸ１は、凝縮器１によって液化冷却されて冷媒液Ｘ２とされる。
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。

続いて、本実施形態の特徴部分である上記ターボ圧縮機４についてより詳細に説明する。
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。

モータユニット１０は、図２及び図３に示すように、出力軸１１を有すると共に圧縮機ユニット２０を駆動させるための駆動源となるモータ１２と、該モータ１２を囲むと共に上記モータ１２を支持するモータハウジング１３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。

圧縮ユニット２０は、図１に示すように、冷媒ガスＸ４の流通する流路を形成すると共に当該流路において冷媒ガスＸ４を多段圧縮するものであり、冷媒ガスＸ４を吸入して圧縮する第１圧縮段２１と、第１圧縮段２１にて圧縮された冷媒ガスＸ４をさらに圧縮して圧縮冷媒ガスＸ１として排出する第２圧縮段２２とを備えている。また、第１圧縮段２１と第２圧縮段２２とは、接続流路（第２流路）２５によって接続されている。

第１圧縮段２１は、図４に示すように、スラスト方向から供給される冷媒ガスＸ４に速度エネルギを付与してラジアル方向に排出する第１インペラ（インペラ）２１ａと、第１インペラ２１ａによって冷媒ガスＸ４に付与された速度エネルギを圧力エネルギに変換することによって圧縮する第１ディフューザ２１ｂと、第１ディフューザ２１ｂによって圧縮された冷媒ガスＸ４を第１圧縮段２１の外部に導出する第１スクロール室２１ｃと、冷媒ガスＸ４を吸入して第１インペラ２１ａに供給する吸入口２１ｄを備えている。
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。

第１インペラ２１ａは、回転軸２３に固定され、回転軸２３がモータ１２の出力軸１１から回転動力を伝達されて回転されることによって回転駆動される。

第１ディフューザ２１ｂは、第１インペラ２１ａの周囲に環状に配置されている。そして、本実施形態のターボ圧縮機４において、第１ディフューザ２１ｂは、第１ディフューザ２１ｂにおける冷媒ガスＸ４の旋回速度を低減させて速度エネルギを効率的に圧力エネルギに変換する複数のディフューザベーン２１ｆを備えるベーン付ディフューザである。

また、第１圧縮段２１の吸入口２１ｄには、第１圧縮段２１の吸入容量を調節するためのインレットガイドベーン２１ｇが複数設置されている。
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。

第２圧縮段２２は、第１圧縮段２１にて圧縮されると共にスラスト方向から供給される冷媒ガスＸ４に速度エネルギを付与してラジアル方向に排出する第２インペラ２２ａと、第２インペラ（インペラ）２２ａによって冷媒ガスＸ４に付与された速度エネルギを圧力エネルギに変換することによって圧縮して圧縮冷媒ガスＸ１として排出する第２ディフューザ２２ｂと、第２ディフューザ２２ｂから排出された圧縮冷媒ガスＸ１を第２圧縮段２２の外部に導出する第２スクロール室２２ｃと、第１圧縮段２１にて圧縮された冷媒ガスＸ４を第２インペラ２２ａに導く導入スクロール室２２ｄとを備えている。
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。

第２インペラ２２ａは、上記回転軸２３に第１インペラ２１ａと背面合わせとなるように固定され、回転軸２３がモータ１２の出力軸１１から回転動力を伝達されて回転されることによって回転駆動される。

第２ディフューザ２２ｂは、第２インペラ２２ａの周囲に環状に配置されている。そして、本実施形態のターボ圧縮機４において、第２ディフューザ２２ｂは、第２ディフューザ２２ｂにおける冷媒ガスＸ４の旋回速度を低減させて速度エネルギを効率的に圧力エネルギに変換するディフューザベーンを備えないベーンレスディフューザである。

第２スクロール室２２ｃは、圧縮冷媒ガスＸ１を凝縮器１に供給するための配管Ｒ１と接続されており、第２圧縮段２２から導出した圧縮冷媒ガスＸ１を配管Ｒ１に供給する。

また、接続流路２５の一部を形成する第１スクロール室２１ｃ及び導入スクロール室２２ｄは、図４において紙面左右方向に延びる水平軸回りに形成された不図示の外部配管によって互いが連結しており、第１圧縮段２１にて圧縮された冷媒ガスＸ４が第２圧縮段２２に供給される構成となっている。また、第１スクロール室２１ｃ及び導入スクロール室２２ｄも同様に、当該水平軸回りに流路を形成する構成となっている。
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。

また、回転軸２３は、第１圧縮段２１と第２圧縮段２２との間の空間５０において第２圧縮段２２の第２ハウジング２２ｅに固定される第３軸受２４と、モータユニット１０側において第２ハウジング２２ｅに固定される第４軸受２５（図２参照）とによって回転可能に支持されている。

ギアユニット３０は、図２に示すように、モータ１２の出力軸１１の回転動力を回転軸２３に伝達するためのものであり、モータユニット１０のモータハウジング１３と圧縮機ユニット２０の第２ハウジング２２ｅとによって形成される空間６０に収納されている。
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。

また、ターボ圧縮機４は、軸受（第１軸受１４，第２軸受１５，第３軸受２４，第４軸受２５）、インペラ（第１インペラ２１ａ，第２インペラ２２ａ）とハウジング（第１ハウジング２１ｅ，第２ハウジング２２ｅ）との間、及びギアユニット３０等の摺動部位に油タンク４０に貯留された潤滑油を供給する潤滑油供給装置７０を備えている。なお、図面において潤滑油供給装置７０は、一部のみが図示されている。
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。

続いて、ターボ圧縮機４に溜まった液体を排液する排液装置１００の構成について説明する。排液装置１００は、第１インペラ２１ａ及び第２インペラ２２ａの上流側における流路の液体を排液するものであり、図１に示すように、排液が流通する排液管１１０と、排液管１１０に接続される電磁弁１２０と、電磁弁１２０を開閉する制御装置１３０とを有する構成となっている。

排液管１１０は、ターボ圧縮機４に溜まった液体を吸引し排液する排液流路を形成するものであり、液体が溜まり易い位置（例えば、窪みが形成される位置等）に接続される。本実施形態では、図４に示すように、排液管１１０Ａが第１インペラ２１ａの上流側の吸入口２１ｄの吸入口底部２１ｄ１に接続され、排液管１１０Ｂが第２インペラ２２ａの上流側の第１スクロール室２１ｃの第１スクロール室底部２１ｃ１に接続され、排液管１１０Ｃが第２インペラ２２ａの上流側の導入スクロール室２２ｄの導入スクロール室底部２２ｄ１に接続される構成となっている。排液管１１０は、それら接続部からそれぞれ下方に伸長する排液流路を形成する。その排液流路先はそれぞれ配管Ｒ６に連通しており、排液が配管Ｒ６において合流する構成となっている。
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。

電磁弁１２０は、排液管１１０を流通する流体の流れを制限するものであり、電流のＯＮ、ＯＦＦにより内部のソレノイドを可動させて排液流路の開放、閉塞を行う構成となっている。また、電磁弁１２０は、常態では排液管１１０の排液流路を閉塞しており、電流が流れている間は排液流路を開放する構成である。そして、排液管１１０Ａには電磁弁１２０Ａが、排液管１１０Ｂには電磁弁１２０Ｂが、排液管１１０Ｃには電磁弁１２０Ｃが、それぞれ設けられ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。

次に、このように構成された本実施形態におけるターボ圧縮機４の起動時における動作について図５を参照して説明する。
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。

使用者による起動信号を受けたターボ圧縮機４は、先ず、潤滑油供給装置７０及び排液装置１００を動作させる。
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。

動作信号を受けた制御装置１３０（図５において不図示、図１参照）は、電磁弁１２０Ａ〜１２０Ｃのそれぞれに電流を供給し、一定時間（本実施形態では、例えば、１分〜２分間）、排液管１１０Ａ〜１１０Ｃの排液流路をそれぞれ開放する。このとき、排液管１１０Ａ〜１１０Ｃ及びそれらが接続される配管６Ｒは、蒸発器３に至るまで下方にそれぞれ勾配している。
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）。

そして、制御装置１３０は、液体Ｌの排液を終えて、上記一定時間経過の後、電磁弁１２０Ａ〜１２０Ｃのそれぞれに対する電流の供給を停止し、排液管１１０Ａ〜１１０Ｃの排液流路をそれぞれ閉塞することで、一連の排液装置１００の排液動作は終了する。

ターボ圧縮機４は、排液動作が終了した後、第１インペラ２１ａと第２インペラ２２ａとを回転駆動し、第１圧縮段２１及び第２圧縮段２２の作用によって吸入口２１ｄから流入される冷媒ガスＸ４を多段圧縮して圧縮冷媒ガスＸ１とし、図１に示す配管Ｒ１を介して凝縮器１に供給することとなる。なお、第２スクロール室２２ｃにおいて溜まった液体Ｌは、第２インペラ２２ａの回転駆動によって凝縮器１に送られるため、第１インペラ２１ａ及び第２インペラ２２ａと衝突することは無く、特に排液装置１００によって排液する必要は無いが、当該箇所においても排液する構成であっても良い。

したがって、上述した本実施形態によれば、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Ｘ４が流動する流路とを有し、上記流路の冷媒ガスＸ４を吸引して圧縮するターボ圧縮機４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。
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。

また、本実施形態では、液体Ｌは、冷媒ガスＸ４が液化したものであるという構成を採用することによって、外気温度の条件によって生じる液体Ｌを排液することができる。

また、本実施形態では、排液装置１００は、上記流路に接続されて液体Ｌを排液する排液管１１０と、排液管１１０に接続された電磁弁１２０と、電磁弁１２０を開閉する制御装置１３０とを有するという構成を採用することによって、電磁弁１２０の開閉によって、液体Ｌを排液管１１０により排液・非排液とする制御を行うことができる。

また、本実施形態では、制御装置１３０は、第１インペラ２１ａ及び第２インペラ２２ａが回転駆動する前において、電磁弁１２０を開放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が回転駆動して液体Ｌを吸引する前に、液体Ｌを排液することで好適に液体の第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。

また、本実施形態では、冷媒ガスＸ４を多段圧縮するために第１インペラ２１ａを有する第１圧縮段２１と第２インペラ２２ａを有する第２圧縮段２２が設けられ、第１圧縮段２１と、第２圧縮段２２とを連結する水平軸回りに形成された接続流路２５を有し、接続流路２５の第１スクロール室底部２１ｃ１及び導入スクロール室底部２２ｄ１に排液管１１０Ｂ及び排液管１１０Ｃが設けられるという構成を採用することによって、液体Ｌが溜まり易い水平軸回りに形成された接続流路２５の底部となる位置毎からそれぞれ排液することで、液体Ｌの第２インペラ２２ａへの衝突を防止することができる。

また、本実施形態では、圧縮冷媒ガスＸ１を冷却液化する凝縮器１と、冷媒液Ｘ２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上記冷却対象物を冷却する蒸発器３と、蒸発器３にて蒸発された冷媒ガスＸ４を圧縮して凝縮器１に供給する圧縮機とを備えるターボ冷凍機Ｓ１であって、上記圧縮機として、ターボ圧縮機４を備えるという構成を採用することによって、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ターボ圧縮機４を備えるターボ冷凍機Ｓ１が得られる。

また、本実施形態では、排液装置１００は、液体Ｌを排液した箇所と連通して上記箇所より下方に設けられる排液部を有するという構成を採用することによって、高低差を利用して液体Ｌ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。

また、本実施形態では、上記排液部は、蒸発器３であるという構成を採用することによって、排液して流路から除去した液体Ｌを廃棄することなく再利用することができる。また、蒸発器３は、凝縮器１やエコノマイザ２等よりも内部気圧が低いため排液を導入し易い効果がある。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、本実施形態では、液体Ｌを排液した箇所より下方に設けられる蒸発器３に、排液した液体Ｌを導入すると説明したが、本発明は、上記構成に限定されるものでは無い。
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。

また、本実施形態では、排液装置１００は、ターボ圧縮機４の起動時において動作すると説明した。しかしながら、本発明の排液装置１００は、ターボ圧縮機４の起動に応じて常に排液動作する構成に限定されるものでは無い。本発明の排液装置１００は、液体Ｌが溜まり易い箇所に液体Ｌが在るか否かを判断するセンサを設けて、そのセンサの検出結果に基づいて排液動作する構成であっても良い。また、外気の温度を検出する温度センサの検出結果に基づいて、ターボ圧縮機４内に液体Ｌが溜まっているか否かを推定して排液動作をする構成であっても良い。また、ターボ圧縮機４の待機時間を計測して、計測した待機時間が所定の閾値を越えた場合に液体Ｌが溜まっていると判断して、排液動作を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。

本発明の実施形態におけるターボ冷凍機の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態におけるターボ冷凍機が備えるターボ圧縮機の水平断面図である。 本発明の実施形態におけるターボ冷凍機が備えるターボ圧縮機の垂直断面図である。 本発明の実施形態におけるターボ圧縮機が備える圧縮機ユニットを拡大した垂直断面図である。 本発明の実施形態におけるターボ圧縮機の起動時の状態を示す図である。

符号の説明

Ｓ１……ターボ冷凍機（冷凍機）、１……凝縮器、３……蒸発器（排液部）、４……ターボ圧縮機、２１……第１圧縮段、２１ａ……第１インペラ（インペラ）、２１ｂ……第１ディフューザ、２１ｆ……ディフューザベーン、２２……第２圧縮段、２２ａ……第２インペラ（インペラ）、２２ｂ……第２ディフューザ、２５……接続流路（第２流路）、１００……排液装置、１１０……排液管、１２０……電磁弁、１３０……制御装置、Ｘ１……圧縮冷媒ガス、Ｘ２……冷媒液、Ｘ３……気相成分、Ｘ４……冷媒ガス（気体）、Ｒ６……配管

Claims (10)

1. 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し、
   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ターボ圧縮機。
2. 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。
3. 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１または２に記載のターボ圧縮機。
4. 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１〜３のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。
5. 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１〜４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。
6. 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５に記載の冷凍機。
7. 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５または６に記載の冷凍機。
8. 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６または７に記載の冷凍機。
9. 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、
   前記圧縮機は、回転駆動するインペラと、前記インペラが設けられ、前記冷媒が流動する流路とを有し、前記流路の前記冷媒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の前記冷媒を排液する排液装置を有し、
   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前記排液装置の排液部は、前記蒸発器であることを特徴とする冷凍機。
10. 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、
    前記圧縮機は、回転駆動するインペラと、前記インペラが設けられ、前記冷媒が流動する流路とを有し、前記流路の前記冷媒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の前記冷媒を排液する排液装置を有し、
    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前記排液装置の排液部は、前記蒸発器であることを特徴とする冷凍機。

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