JP6004004B2 - ターボ冷凍機 - Google Patents
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Description
本発明は、ターボ冷凍機に関する。
本願は、2013年6月4日に日本国に出願された特願2013−117736号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、2013年6月4日に日本国に出願された特願2013−117736号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
モータ駆動されるターボ圧縮機を備えるターボ冷凍機では、例えば、蒸発器と凝縮器とを循環する冷媒の一部をモータに供給することでモータの冷却を行っている(例えば、特許文献1参照)。また、特許文献1に開示されるようなターボ冷凍機では、通常、モータの回転軸とインペラを接続するギア等には常に潤滑油が供給され、この潤滑油は上記冷媒との熱交換器によって冷却されたうえでギア等に供給されてギア等を冷却している。
特許文献2では、凝縮器と蒸発器の間に設けられ、凝縮器において液化された冷媒の一部をターボ圧縮機に供給する中間冷却器を上記ターボ圧縮機の駆動用モータと一体化する技術が開示されている。
特許文献3では、潤滑油を貯留する油タンクと、ターボ圧縮機を通る冷媒の容量を制御する吸入容量制御部(インレットガイドベーン)とターボ圧縮機の低段圧縮部と高段圧縮部とが設置されている空間である圧縮機構との間
を連結する均圧管が開示されている。
特許文献2では、凝縮器と蒸発器の間に設けられ、凝縮器において液化された冷媒の一部をターボ圧縮機に供給する中間冷却器を上記ターボ圧縮機の駆動用モータと一体化する技術が開示されている。
特許文献3では、潤滑油を貯留する油タンクと、ターボ圧縮機を通る冷媒の容量を制御する吸入容量制御部(インレットガイドベーン)とターボ圧縮機の低段圧縮部と高段圧縮部とが設置されている空間である圧縮機構との間
を連結する均圧管が開示されている。
周知のように、ターボ冷凍機はヒートポンプの一種であるが、近年、高温の熱水を得るために、このようなターボ冷凍機を従来よりも高い温度域において用いることが提案されている。例えば、従来のターボ冷凍機では、最も温度が低くなる蒸発器における冷媒の温度は数℃程度であったが、上述のような高い温度域で用いられるターボ冷凍機では、蒸発器における冷媒の温度が数十℃程度となり、凝縮器はさらに高温となる。このため、モータや潤滑油を十分に冷却することができなくなる可能性がある。
本発明は、上述する事情に鑑みてなされたもので、ターボ冷凍機において、モータ及び潤滑油を十分に冷却することを目的とする。
本発明の第1の態様は、モータを有するターボ圧縮機と、少なくとも上記ターボ圧縮機の一部に供給される潤滑油を冷却する油冷却部とを備えるターボ冷凍機であって、蒸発器と凝縮器とを循環する冷媒の一部を上記モータの収容空間及び上記油冷却部の内部に導入する冷媒導入部と、上記モータの収容空間及び上記油冷却部の内部に導入される冷媒を冷却する冷却部とを備え、上記冷却部が、上記モータの収容空間及び上記油冷却部の内部を減圧することにより上記モータの収容空間及び上記油冷却部の内部に導入される上記冷媒を冷却すると共に、上記モータの収容空間及び上記油冷却部の内部から上記冷媒を回収して上記蒸発器に戻す圧縮機である。
本発明の第2の態様は、上記第1の態様において、上記モータの収容空間に溜った上記潤滑油を上記潤滑油が貯蔵される油タンクに戻す油返戻部を備える。
本発明の第3の態様は、上記第2の態様において、上記油返戻部が、上記ターボ圧縮機により生成された圧縮冷媒ガスを利用して上記潤滑油を移動させるエジェクタである。
本発明の第4の態様は、上記第1〜第3いずれかの態様において、上記モータの回転軸を軸支する軸受と、上記軸受よりも上記モータのロータ側に配置されると共に上記回転軸の軸方向に配列される第1非接触シール機構及び第2非接触シール機構と、上記第1非接触シール機構と上記第2非接触シール機構との間に上記ターボ圧縮機による生成された圧縮冷媒ガスの一部を供給する圧縮ガス供給部を備える。
本発明の第5の態様は、上記第1の態様において、上記冷却部が、上記モータ及び上記油冷却部に導入される冷媒を冷却する副冷凍機を備える。
本発明によれば、モータの収容空間及び油冷却部に導入される冷媒が冷却部によって冷却される。したがって、本発明によれば、凝縮器における冷媒の温度が十分に低くない場合であっても、冷却部によって冷媒の温度が低下され、モータ及び潤滑油を十分に冷却することができる。
以下、図面を参照して、本発明に係るターボ冷凍機の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態におけるターボ冷凍機1の系統図である。ターボ冷凍機1は、図1に示すように、凝縮器2と、エコノマイザ3と、蒸発器4と、ターボ圧縮機5と、膨張弁6と、油クーラ7(油冷却部)と、小型圧縮機8(冷却部)と、エジェクタ9(油返戻部)とを備えている。
図1は、本発明の第1実施形態におけるターボ冷凍機1の系統図である。ターボ冷凍機1は、図1に示すように、凝縮器2と、エコノマイザ3と、蒸発器4と、ターボ圧縮機5と、膨張弁6と、油クーラ7(油冷却部)と、小型圧縮機8(冷却部)と、エジェクタ9(油返戻部)とを備えている。
凝縮器2は、流路R1を介してターボ圧縮機5のガス吐出管5aと接続されている。凝縮器2には、ターボ圧縮機5によって圧縮された冷媒(圧縮冷媒ガスX1)が流路R1を通って供給される。凝縮器2は、この圧縮冷媒ガスX1を液化する。凝縮器2は、冷却水が流通する伝熱管2aを備え、圧縮冷媒ガスX1と冷却水との熱交換によって、圧縮冷媒ガスX1を冷却して液化する。なお、このような冷媒としては、フロン等を用いることができる。
圧縮冷媒ガスX1は、冷却水との間の熱交換によって冷却され、液化し、冷媒液X2となって凝縮器2の底部に溜まる。凝縮器2の底部は、流路R2を介してエコノマイザ3と接続されている。また、流路R2には、冷媒液X2を減圧するための膨張弁6(第1膨張弁61)が設けられている。エコノマイザ3には、第1膨張弁61によって減圧された冷媒液X2が流路R2を通って供給される。
エコノマイザ3は、減圧された冷媒液X2を一時的に貯留し、冷媒を液相と気相とに分離する。エコノマイザ3の頂部は、流路R3を介してターボ圧縮機5のエコノマイザ連結管5bと接続されている。エコノマイザ3によって分離した冷媒の気相成分X3が、蒸発器4及び後述の第1圧縮段11を経ることなく、流路R3を通って後述の第2圧縮段12に供給され、ターボ圧縮機5の効率を高める。一方、エコノマイザ3の底部は、流路R4を介して蒸発器4と接続されている。流路R4には、冷媒液X2をさらに減圧するための膨張弁6(第2膨張弁62)が設けられている。蒸発器4には、第2膨張弁62によってさらに減圧された冷媒液X2が流路R4を通って供給される。
蒸発器4は、冷媒液X2を蒸発させてその気化熱によって冷水を冷却する。
蒸発器4は、冷水が流通する伝熱管4aを備え、冷媒液X2と冷水との熱交換によって、冷水を冷却すると共に冷媒液X2を蒸発させる。冷媒液X2は、冷水との間の熱交換によって熱を奪って蒸発し、冷媒ガスX4となる。蒸発器4の頂部は、流路R5を介してターボ圧縮機5のガス吸入管5cと接続されている。ターボ圧縮機5には、蒸発器4において蒸発した冷媒ガスX4が流路R5を通って供給される。
蒸発器4は、冷水が流通する伝熱管4aを備え、冷媒液X2と冷水との熱交換によって、冷水を冷却すると共に冷媒液X2を蒸発させる。冷媒液X2は、冷水との間の熱交換によって熱を奪って蒸発し、冷媒ガスX4となる。蒸発器4の頂部は、流路R5を介してターボ圧縮機5のガス吸入管5cと接続されている。ターボ圧縮機5には、蒸発器4において蒸発した冷媒ガスX4が流路R5を通って供給される。
ターボ圧縮機5は、蒸発した冷媒ガスX4を圧縮し、圧縮冷媒ガスX1として凝縮器2に供給する。ターボ圧縮機5は、冷媒ガスX4を圧縮する第1圧縮段11と、一段階圧縮された冷媒をさらに圧縮する第2圧縮段12と、を備える2段圧縮機である。
第1圧縮段11にはインペラ13が設けられ、第2圧縮段12にはインペラ14が設けられており、それらが回転軸15で接続されている。ターボ圧縮機5は、モータ10を有しており、モータ10によってインペラ13及びインペラ14を回転させて冷媒を圧縮する。インペラ13及びインペラ14は、ラジアルインペラであり、軸方向で吸気した冷媒を半径方向に導出する。
ガス吸入管5cには、第1圧縮段11の吸入量を調節するためのインレットガイドベーン16が設けられている。インレットガイドベーン16は、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となるように回転可能とされている。インペラ13及びインペラ14の周りには、それぞれディフューザ流路が設けられており、半径方向に導出した冷媒を、このディフューザ流路において圧縮及び昇圧する。また、さらに、このディフューザ流路の周りに設けられたスクロール流路によって次の圧縮段に冷媒を供給することができる。インペラ14の周りには、出口絞り弁17が設けられており、ガス吐出管5aからの吐出量を制御できる。
また、ターボ圧縮機5は、密閉型の筐体20を備える。筐体20の内部は、圧縮流路空間S1と、第1軸受収容空間S2と、モータ収容空間S3と、ギアユニット収容空間S4と、第2軸受収容空間S5と、第1圧縮ガス供給空間S6と、第2圧縮ガス供給空間S7とに区画されている。
圧縮流路空間S1には、インペラ13及びインペラ14が設けられている。インペラ13及びインペラ14を接続する回転軸15は、圧縮流路空間S1、第1軸受収容空間S2、ギアユニット収容空間S4に挿通して設けられている。第1軸受収容空間S2には、回転軸15を支持する軸受21が設けられている。
モータ収容空間S3には、ステータ22と、ロータ23と、ロータ23に接続された回転軸24とが設けられている。この回転軸24は、モータ収容空間S3、ギアユニット収容空間S4、第2軸受収容空間S5、第1圧縮ガス供給空間S6、第2圧縮ガス供給空間S7に挿通して設けられている。第2軸受収容空間S5には、回転軸24の反負荷側を支持する軸受31が設けられている。ギアユニット収容空間S4には、ギアユニット25と、軸受26及び軸受27と、油タンク28とが設けられている。
ギアユニット25は、回転軸24に固定される大径歯車29と、回転軸15に固定されると共に大径歯車29と噛み合う小径歯車30とを有する。ギアユニット25は、回転軸24の回転数に対して回転軸15の回転数が増加(増速)するように、回転力を伝達する。軸受26は、回転軸24を支持する。軸受27は、回転軸15を支持する。油タンク28は、軸受21、軸受26、軸受27及び軸受31等の各摺動部位に供給される潤滑油を貯溜する。
第1圧縮ガス供給空間S6は、モータ収容空間S3とギアユニット収容空間S4との間に設けられている。第2圧縮ガス供給空間S7は、モータ収容空間S3と第2軸受収容空間S5との間に設けられている。これらの第1圧縮ガス供給空間S6及び第2圧縮ガス供給空間S7には、後述する流路R13が接続されており、流路R13を介して圧縮冷媒ガスX1が供給される。
このような筐体20には、圧縮流路空間S1と第1軸受収容空間S2との間において、回転軸15の周囲をシールするシール機構32及びシール機構33が設けられている。また、筐体20には、圧縮流路空間S1とギアユニット収容空間S4との間において、回転軸15の周囲をシールするシール機構34が設けられている。また、筐体20には、ギアユニット収容空間S4と第1圧縮ガス供給空間S6との間において、回転軸24の周囲をシールするシール機構35が設けられている。また、筐体20には、第2軸受収容空間S5と第2圧縮ガス供給空間S7との間において、回転軸24の周囲をシールするシール機構36が設けられている。また、筐体20には、モータ収容空間S3と第1圧縮ガス供給空間S6との間において、回転軸24の周囲をシールするシール機構38が設けられている。また、筐体20には、モータ収容空間S3と第2圧縮ガス供給空間S7との間において、回転軸24の周囲をシールするシール機構39が設けられている。
これらのシール機構32、シール機構33、シール機構34、シール機構35、シール機構36、シール機構38及びシール機構39は、非接触にてシールを行う非接触シール機構であり、例えばラビリンス構造を有するシール機構からなる。これらのうち、ギアユニット収容空間S4と第1圧縮ガス供給空間S6との間に配置されるシール機構35と、モータ収容空間S3と第1圧縮ガス供給空間S6との間に配置されるシール機構38とは、本発明の第1非接触シール機構と第2非接触シール機構とに相当する。すなわち、シール機構35とシール機構38とは、軸受26よりもモータ10のロータ23側に配置されると共に回転軸24の軸方向に配列される第1非接触シール機構と第2非接触シール機構として機能する。また、第2軸受収容空間S5と第2圧縮ガス供給空間S7との間に配置されるシール機構36と、モータ収容空間S3と第2圧縮ガス供給空間S7との間に配置されるシール機構39も、同様に、本発明の第1非接触シール機構と第2非接触シール機構とに相当する。
モータ収容空間S3は、流路R6を介して凝縮器2と接続されている。流路R6のモータ収容空間S3の直前には、膨張弁6(第3膨張弁63)が設置されている。モータ収容空間S3には、凝縮器2から取り出された冷媒液X2が第3膨張弁63によって減圧されることで発生する冷媒ガスX5が供給される。モータ収容空間S3に供給された冷媒ガスX5は、モータ収容空間S3に収容されたモータ10を冷却する。また、流路R6は、分岐されており、油クーラ7と接続されている。流路R6の油クーラ7の直前には、膨張弁6(第4膨張弁64)が設置されている。
上述の流路R6は、蒸発器4と凝縮器2とを循環する冷媒の一部をモータ収容空間S3及び油クーラ7の内部に導入する本発明の冷媒導入部Tとして機能する。なお、第3膨張弁63及び第4膨張弁64は、モータ収容空間S3の圧力及び油クーラ7内部の飽和圧力を調整し、これによってモータ収容空間S3の温度及び油クーラ7内部の温度を調整する。
油タンク28には、給油ポンプ37が配置されている。この給油ポンプ37は、例えば流路R8を介して第2軸受収容空間S5と接続されている。第2軸受収容空間S5には、油タンク28から潤滑油が流路R8を通って供給される。第2軸受収容空間S5に供給された潤滑油は、軸受31に供給され、回転軸24の摺動部位の潤滑性の確保と共に摺動部位の発熱を抑制(冷却)する。第2軸受収容空間S5は、流路R9を介して油タンク28と接続されている。油タンク28には、第2軸受収容空間S5に供給された潤滑油が流路R9を通って帰還する。また、流路R8は、第1軸受収容空間S2及びギアユニット収容空間S4にも接続されており、軸受21、ギアユニット25、軸受26、軸受27にも潤滑油が供給される。なお、第1軸受収容空間S2及びギアユニット収容空間S4に供給された潤滑油は、筐体20内部の流路を通じて油タンク28に帰還する。
油クーラ7は、流路R8の途中部位に設置されている。この油クーラ7の内部には、凝縮器2から取り出された冷媒液X2が第4膨張弁64によって減圧されることで発生する冷媒ガスX6が供給される。このような油クーラ7は、流路R8を流れる潤滑油と流路R6を介して供給される冷媒ガスX6とを熱交換することによってターボ圧縮機5に供給される潤滑油を冷却する。
小型圧縮機8は、ターボ圧縮機5よりも小型の圧縮機であり、流路R10を介してモータ収容空間S3と接続されている。この小型圧縮機8は、モータ収容空間S3に導入される冷媒ガスX5の温度がモータ10の冷却に適した温度となるように、モータ収容空間S3を減圧する。つまり、本実施形態において小型圧縮機8は、モータ収容空間S3に供給される冷媒ガスX5の冷却を行っている。また、小型圧縮機8は、流路R10を介してモータ収容空間S3から冷媒ガスX5を回収して流路R11を介して蒸発器4に戻す。
また、小型圧縮機8は、流路R12を介して油クーラ7と接続されており。油クーラ7に導入される冷媒ガスX6の温度が潤滑油の冷却に適した温度となるように、油クーラ7の冷媒ガスX6が供給される油クーラ7の内部を減圧する。つまり、本実施形態において小型圧縮機8は、油クーラ7の内部に供給される冷媒ガスX6の冷却を行っている。また、小型圧縮機8は、流路R12を介して油クーラ7の内部から冷媒ガスX6を回収して流路R11を介して蒸発器4に戻す。
また、本実施形態のターボ冷凍機1では、第1圧縮ガス供給空間S6と第2圧縮ガス供給空間S7とが流路R13(圧縮ガス供給部)を介して、圧縮流路空間S1と接続されている。この流路R13は、第1圧縮ガス供給空間S6と第2圧縮ガス供給空間S7とにターボ圧縮機5で生成された圧縮冷媒ガスX1の一部を供給する。このように第1圧縮ガス供給空間S6と第2圧縮ガス供給空間S7とに圧縮冷媒ガスX1が供給されることにより、シール機構35とシール機構38との間、及び、シール機構36とシール機構39との間に圧縮冷媒ガスX1が供給される。すなわち、本実施形態において流路R13は、第1非接触シール機構(シール機構35及びシール機構36)と第2非接触シール機構(シール機構38及びシール機構39)との間にターボ圧縮機5により生成された圧縮冷媒ガスの一部を供給する圧縮ガス供給部として機能する。なお、流路R13の途中部位には、流量調整弁40が設けられており、第1圧縮ガス供給空間S6及び第2圧縮ガス供給空間S7に供給される圧縮冷媒ガスの流量が調整可能とされている。
エジェクタ9(油返戻部)は、圧縮流路空間S1と油タンク28とを繋ぐ流路R14の途中部位に設けられており、モータ収容空間S3の底部と流路R15を介して接続されている。このエジェクタ9は、流路R14を流れる圧縮冷媒ガスX1の静圧を利用してモータ収容空間S3の底部に溜った潤滑油を、流路R15を介して油タンク28に移動させる。このようなエジェクタ9は、モータ収容空間S3に溜った潤滑油を潤滑油が貯蔵される油タンクに戻す本発明の油返戻部として機能する。
このような構成を有する本実施形態のターボ冷凍機1では、凝縮器2において圧縮冷媒ガスX1が冷却水によって冷却されて凝縮し、冷却水が加熱されることで排熱される。凝縮器2で凝縮することによって生じた冷媒液X2は、第1膨張弁61によって減圧されてエコノマイザ3に供給され、気相成分X3が分離された後に第2膨張弁62でさらに減圧されて蒸発器4に供給される。なお、気相成分X3は、流路R3を介してターボ圧縮機5に供給される。
蒸発器4に供給された冷媒液X2は、蒸発器4において蒸発することにより冷水の熱を奪い、冷水を冷却する。これによって、実質的に冷却前の冷水の熱が凝縮器2に供給される冷却水に輸送される。冷媒液X2が蒸発することによって生じた冷媒ガスX4は、ターボ圧縮機5に供給されて圧縮された後、再び凝縮器2に供給される。
また、凝縮器2に溜った冷媒液X2の一部が流路R6を介してモータ収容空間S3及び油クーラ7に供給される。モータ収容空間S3及び油クーラ7の内部は、小型圧縮機8によって減圧されている。このため、流路R6によってモータ収容空間S3に導入される冷媒液X2は、第3膨張弁63を介することで冷媒ガスX5となり、モータ10を冷却するのに適した温度まで冷却される。この結果、モータ10が十分に冷却される。また、流路R6によって油クーラ7の内部に導入される冷媒液X2は、第4膨張弁64を介することで冷媒ガスX6となり、潤滑油を冷却するのに適した温度まで冷却される。この結果、流路R8を流れる潤滑油が油クーラ7の内部で十分に冷却される。このようにしてモータ10を冷却した冷媒ガスX5と潤滑油を冷却した冷媒ガスX6とは、小型圧縮機8に吸い込まれることによって回収され、流路R11を介して蒸発器4に戻される。
また、流路R8を流れる潤滑油は、第1軸受収容空間S2、第2軸受収容空間S5、及びギアユニット収容空間S4に供給され、軸受21やギアユニット25等の摺動抵抗を減少させ、さらに軸受21やギアユニット25等を冷却する。
また、流路R13によって、ターボ圧縮機5で生成された圧縮冷媒ガスX1が、第1圧縮ガス供給空間S6と第2圧縮ガス供給空間S7とに供給される。このように第1圧縮ガス供給空間S6と第2圧縮ガス供給空間S7とに圧縮冷媒ガスX1が供給されることにより、シール機構35とシール機構38との間、及び、シール機構36とシール機構39との間に圧縮冷媒ガスX1が供給される。圧縮冷媒ガスX1が供給されることによって、第1圧縮ガス供給空間S6と第2圧縮ガス供給空間S7の内圧がギアユニット収容空間S4や第2軸受収容空間S5よりも高くなる。この結果、ギアユニット収容空間S4や第2軸受収容空間S5に供給された潤滑油が、シール機構35及びシール機構36の僅かな隙間を介して、第1圧縮ガス供給空間S6と第2圧縮ガス供給空間S7とに入り込み難くなる。
また、流路R14によって、圧縮流路空間S1を流れる圧縮冷媒ガスX1の一部が圧縮流路空間S1よりも内圧が低い油タンク28に供給される。この流路R14の途中部位に設けられたエジェクタ9によって、モータ収容空間S3に溜った潤滑油が吸引され、油タンク28に移動される。
以上のような本実施形態のターボ冷凍機1によれば、モータ収容空間S3に導入される冷媒ガスX5及び油クーラ7の内部に導入される冷媒ガスX6が小型圧縮機8によって冷却される。したがって、本実施形態のターボ冷凍機1によれば、凝縮器2における冷媒液X2の温度が十分に低くない場合であっても、小型圧縮機8によって冷媒の温度を低下させることができ、モータ10及び潤滑油を十分に冷却することができる。
また、本実施形態のターボ冷凍機1によれば、小型圧縮機8を用いて冷媒ガスX6の温度を低下させている。このため、簡易な構成で冷媒の温度を低下させることができ、モータ10及び潤滑油を十分に冷却することができる。
また、本実施形態のターボ冷凍機1によれば、モータ収容空間S3に溜った潤滑油を潤滑油が貯蔵される油タンク28に戻すエジェクタ9を備える。本実施形態においては、モータ収容空間S3が小型圧縮機8によって減圧されるため、ギアユニット収容空間S4や第2軸受収容空間S5からモータ収容空間S3に潤滑油が流れ込みやすい。これに対して、上記エジェクタ9を設けることによって、モータ収容空間S3に溜った潤滑油を排出して油タンク28に戻すことができ、潤滑油の減少等を抑えることができる。
また、ポンプによってモータ収容空間S3に溜った潤滑油を排出することも可能であるが、この場合にはモータ収容空間S3に潤滑油が溜っていないときにポンプが空回りする等の不都合がある。これに対して、エジェクタ9を用いてモータ収容空間S3から潤滑油を排出することによって、モータ収容空間S3に潤滑油が溜っていないときであっても不都合が生じることを避けることができる。
また、本実施形態のターボ冷凍機1によれば、シール機構35とシール機構38との間、及び、シール機構36とシール機構39との間に圧縮冷媒ガスX1が供給される。この結果、ギアユニット収容空間S4や第2軸受収容空間S5に供給された潤滑油が、シール機構35及びシール機構36の僅かな隙間を介して、第1圧縮ガス供給空間S6と第2圧縮ガス供給空間S7とに入り込み難くなる。よって、本実施形態のターボ冷凍機1によれば、潤滑油の減少等を抑えることができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
図2は、本発明の第2実施形態におけるターボ冷凍機1Aの系統図である。この図に示すように、本実施形態のターボ冷凍機1Aは、上記第1実施形態のターボ冷凍機1Aが備えていた流路R10、流路R11、流路R12、流路R13、流路R14、流路R16、小型圧縮機8、エジェクタ9、シール機構38、シール機構39、第3膨張弁63、第4膨張弁64、流量調整弁40、第1圧縮ガス供給空間S6、第2圧縮ガス供給空間S7が設置されていない。
本実施形態では、第3膨張弁63に換えて第1オリフィス65、第4膨張弁64に換えて第2オリフィス66が設置されている。本実施形態においては、流路R6を流れる冷媒液X2が液体のまま第1オリフィス65で減圧されてモータ収容空間S3に供給される。
また、流路R6を流れる冷媒液X2が液体のまま第2オリフィス66で減圧されて油クーラ7を介した後、モータ収容空間S3に供給される。なお、冷媒液X2はモータ10の周囲に形成された不図示の流路を通り、モータ10を冷却した後、モータ収容空間S3から排出される。モータ収容空間S3には、蒸発器4と繋がる流路R16が接続されており、冷媒液X2は流路R16を介して蒸発器4に戻される。
また、流路R6を流れる冷媒液X2が液体のまま第2オリフィス66で減圧されて油クーラ7を介した後、モータ収容空間S3に供給される。なお、冷媒液X2はモータ10の周囲に形成された不図示の流路を通り、モータ10を冷却した後、モータ収容空間S3から排出される。モータ収容空間S3には、蒸発器4と繋がる流路R16が接続されており、冷媒液X2は流路R16を介して蒸発器4に戻される。
この本実施形態のターボ冷凍機1は、図2に示すように、流路R6の途中部位に設置される小型冷凍機51(副冷凍機)を備えている。この小型冷凍機51は、小型凝縮器52、小型蒸発器53及び小型圧縮機54を備えている。また、小型冷凍機51は、小型凝縮器52と小型蒸発器53との間に膨張弁(不図示)を備えている。このような小型冷凍機51は、流路R6を流れる冷媒液X2のみを冷却する。このため、小型凝縮器52、小型蒸発器53及び小型圧縮機54は、凝縮器2、蒸発器4及びターボ圧縮機5と比較すると極めて小型である。
なお、本実施形態においても、流路R6は、蒸発器4と凝縮器2とを循環する冷媒の一部をモータ収容空間S3及び油クーラ7の内部に導入する本発明の冷媒導入部Tとして機能する。
なお、本実施形態においても、流路R6は、蒸発器4と凝縮器2とを循環する冷媒の一部をモータ収容空間S3及び油クーラ7の内部に導入する本発明の冷媒導入部Tとして機能する。
このような構成の本実施形態のターボ冷凍機1Aでは、モータ収容空間S3と油クーラ7とに導入される冷媒液X2が小型冷凍機51によって冷却される。したがって、本実施形態のターボ冷凍機1Aによれば、凝縮器2における冷媒液X2の温度が十分に低くない場合であっても、モータ10及び潤滑油を十分に冷却することができる。
以上、添付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、本発明の趣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、上記第2実施形態においては、第1オリフィス65及び第2オリフィス66を用いる構成について説明した。しかしながら、上記第1実施形態のように、膨張弁を用いても良い。
本発明によれば、ターボ冷凍機において、モータ及び潤滑油を十分に冷却することができる。
1、1A ターボ冷凍機、2 凝縮器、2a 伝熱管、3 エコノマイザ、4 蒸発器、4a 伝熱管、5 ターボ圧縮機、5a ガス吐出管、5b エコノマイザ連結管、5c ガス吸入管、6 膨張弁、7 油クーラ(油冷却部)、8 小型圧縮機(冷却部)、9 エジェクタ、10 モータ、11 第1圧縮段、12 第2圧縮段、13、14 インペラ、15 回転軸、16 インレットガイドベーン、17 出口絞り弁、20 筐体、21 軸受、22 ステータ、23 ロータ、24 回転軸、25 ギアユニット、26、27 軸受、28 油タンク、29 大径歯車、30 小径歯車、31 軸受、32、33、34 シール機構、35、36 シール機構(第1非接触シール機構)、37 給油ポンプ、38、39 シール機構(第2非接触シール機構)、40 流量調整弁、51 小型冷凍機(冷却部、副冷凍機)、52 小型凝縮器、53 小型蒸発器、54 小型圧縮機、61 第1膨張弁、62 第2膨張弁、63 第3膨張弁、64 第4膨張弁、65 第1オリフィス、66 第2オリフィス、R1、R2、R3、R4、R5、R8,R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16 流路、R6 流路(冷媒導入部)、S1 圧縮流路空間、S2 第1軸受収容空間、S3 モータ収容空間、S4 ギアユニット収容空間、S5 第2軸受収容空間、S6 第1圧縮ガス供給空間、S7 第2圧縮ガス供給空間、X1 圧縮冷媒ガス、X2 冷媒液、X3 気相成分、X4、X5、X6 冷媒ガス、T 冷媒導入部
Claims (4)
- モータを有するターボ圧縮機と、少なくとも前記ターボ圧縮機の一部に供給される潤滑油を冷却する油冷却部とを備えるターボ冷凍機であって、
蒸発器と凝縮器とを循環する冷媒の一部を前記モータの収容空間及び前記油冷却部の内部に導入する冷媒導入部と、
前記モータの収容空間及び前記油冷却部の内部に導入される冷媒を冷却する冷却部とを備え、
前記冷却部は、前記モータの収容空間及び前記油冷却部の内部を減圧することにより前記モータの収容空間及び前記油冷却部の内部に導入される前記冷媒を冷却すると共に、前記モータの収容空間及び前記油冷却部の内部から前記冷媒を回収して前記蒸発器に戻す圧縮機である、ターボ冷凍機。 - 前記モータの収容空間に溜った前記潤滑油を前記潤滑油が貯蔵される油タンクに戻す油返戻部を備える請求項1記載のターボ冷凍機。
- 前記油返戻部は、前記ターボ圧縮機により生成された圧縮冷媒ガスを利用して前記潤滑油を移動させるエジェクタである請求項2記載のターボ冷凍機。
- 前記モータの回転軸を軸支する軸受と、前記軸受よりも前記モータのロータ側に配置されると共に前記回転軸の軸方向に配列される第1非接触シール機構及び第2非接触シール機構と、前記第1非接触シール機構と前記第2非接触シール機構との間に前記ターボ圧縮機による生成された圧縮冷媒ガスの一部を供給する圧縮ガス供給部を備える請求項1〜3いずれか一項に記載のターボ冷凍機。
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