JP7271254B2 - ターボ冷凍機 - Google Patents
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Description
ガス冷媒返送経路によって、冷却媒体としてのガス冷媒を、膨張弁よりも上流側の高圧部から磁気軸受に導き、膨張弁よりも下流側の低圧部に返送することとした。これにより、冷凍サイクルの高低圧差を有効に利用して冷却冷媒ガスを供給することができるので、ガス冷媒を容易に冷却媒体として用いることができる。
なお、補助軸受は、トラブル等によって磁気軸受が駆動しなくなった場合に回転軸に接触して回転軸を回転自在に支持するものである。補助軸受としては、例えば玉軸受を用いることができる。
ケーシング冷却部に供給される冷却媒体としては、例えば、冷媒サイクルから導かれる液冷媒や、外部から供給される冷却水を用いることができる。
[第1実施形態]
図1には、ターボ冷凍機1の概略構成が示されている。
ターボ冷凍機1は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機3と、ターボ圧縮機3によって圧縮された高温高圧のガス冷媒を凝縮する凝縮器5と、凝縮器5からの液冷媒を膨張させる膨張弁7と、膨張弁7によって膨張させられた液冷媒を蒸発させる蒸発器9とを備えている。
第2ラジアル磁気軸受コイル30bは、ケーシング12に固定された第2保持部44bの内周側に固定されて保持されている。第2保持部44bは、熱伝導率の良い金属製、例えばアルミ系合金等の金属製とされている。
第2ラジアル磁気軸受コイル30bの電動モータ10側には、回転シャフト24と第2ラジアル磁気軸受コイル30bとの間の間隔(ギャップ)を計測する第2ギャップセンサG2が設けられている。第2ギャップセンサG2の出力は、制御部へと送られる。
第2補助ベアリング32bは、第2保持部44bに固定されて保持されている。第2補助ベアリング32bと第2ラジアル磁気軸受コイル30bとの間は離間しており、第2保持部44bの内周側には第2空間S2が形成されている。
冷却ジャケット15内を流れてステータ22を冷却した後の冷媒は、第2冷媒返送配管18bからケーシング12の外部へ排出される。
次に、上記構成のターボ冷凍機1の動作について説明する。
ターボ圧縮機3は、蒸発器9からのガス冷媒を吸い込み、羽根車13a,13bにて圧縮を行う。圧縮されたガス冷媒は、凝縮器5へと送られ、冷却伝熱管26によって凝縮熱が除去されることによって凝縮する。凝縮後の液冷媒は、膨張弁7へと流れる。
膨張弁7へと流れた液冷媒は、膨張弁7にて膨張した後、蒸発器9へと送られる。蒸発器9にて、液冷媒は、冷水伝熱管28内を流れる冷水から蒸発潜熱を奪うことによって蒸発気化する。このように冷却された冷水は、図示しない外部負荷へと送られる。蒸発器9にて気化したガス冷媒は、再びターボ圧縮機3へと送られる。
ガス冷媒供給配管16からターボ圧縮機3に導かれたガス冷媒による冷却は、以下のように行われる。
ガス冷媒供給配管16を介して、凝縮器5から高圧のガス冷媒が回転シャフト24に形成した軸線方向ガス冷媒供給穴17aへと送られる。軸線方向ガス冷媒供給穴17aを流れたガス冷媒は、第1半径方向ガス冷媒供給穴17b1を介して第1空間S1へと導かれ、また、第2半径方向ガス冷媒供給穴17b2を介して第2空間S2へと導かれる。ガス冷媒は、第1空間S1を通り第1ラジアル磁気軸受コイル30aと回転シャフト24との間を通過することによって、第1ラジアル磁気軸受コイル30aを冷却する。また、ガス冷媒は、第2空間S2を通り第2ラジアル磁気軸受コイル30bと回転シャフト24との間を通過することによって、第2ラジアル磁気軸受コイル30bを冷却する。
磁気軸受コイル30a,30bの冷却を終えたガス冷媒は、第1冷媒返送配管18aを介して、低圧とされている蒸発器9へと返送される。
液冷媒供給配管14からターボ圧縮機3に導かれた液冷媒による冷却は、以下のように行われる。
液冷媒供給配管14を介して、凝縮器5から高圧の液冷媒がケーシング12に設けた冷却ジャケット15へと送られる。冷却ジャケット15内へと流れ込んだ液冷媒は、ステータ22の熱を奪い、電動モータ10の冷却を行う。これと同時にケーシング12も冷媒によって冷却されるので、第1保持部44aに保持された第1ラジアル磁気軸受コイル30a及び第2保持部44bに保持された第2ラジアル磁気軸受コイル30bも冷却される。
冷却ジャケット15にて冷却を終えた冷媒は、第2冷媒返送配管18bを介して、低圧とされている蒸発器9へと返送される。
ガス冷媒供給配管16から冷却媒体としてガス冷媒を磁気軸受コイル30a,30bに供給するので、磁気軸受コイル30a,30bを効果的に冷却することができる。また、冷却媒体として液冷媒ではなくガス冷媒を用いるので、回転シャフト24で生じる風損を抑制することができる。
第1冷媒返送配管18aによって、冷却媒体としてのガス冷媒を、膨張弁7よりも上流側の高圧部である凝縮器5から磁気軸受コイル30a,30bに導き、膨張弁7よりも下流側の低圧部である蒸発器9に返送することとした。これにより、冷凍サイクルの高低圧差を有効に利用することができるので、ガス冷媒を容易に冷却媒体として用いることができる。
なお、本実施形態は、以下のように変形することができる。
図3に示すように、図1に示した構成に代えて、中間冷却器40を有する二段膨張の冷媒回路としても良い。中間冷却器40と凝縮器5との間には第1膨張弁7aが設けられ、中間冷却器40と蒸発器9との間には第2膨張弁7bが設けられている。中間冷却器40と2段目の羽根車13bの吸入側とを接続する中間圧ガス冷媒配管42が設けられている。本変形例では、液冷媒供給配管14’及びガス冷媒供給配管16’は、中間冷却器40からケーシング12へ導くようになっている。
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態で説明した磁気軸受コイル30a,30bを冷却するガス冷媒の経路が異なる。したがって、以下の説明では、第1実施形態に対して異なる部分を主として説明し、その他については第1実施形態と同様である。
3 ターボ圧縮機
5 凝縮器
7 膨張弁
7a 第1膨張弁
7b 第2膨張弁
9 蒸発器
10 電動モータ
12 ケーシング
13a,13b 羽根車
14,14’ 液冷媒供給配管
15 冷却ジャケット(ケーシング冷却部)
16,16’ ガス冷媒供給配管(ガス冷媒供給経路)
16a 第1ガス冷媒供給配管
16b 第2ガス冷媒供給配管
17a 軸線方向ガス冷媒供給穴
17b1 第1半径方向ガス冷媒供給穴
17b2 第1半径方向ガス冷媒供給穴
18a 第1冷媒返送配管(ガス冷媒返送経路)
18b 第2冷媒返送配管
20 ロータ
22 ステータ
24 回転シャフト(回転軸)
24a 円板
26 冷却伝熱管
28 冷水伝熱管
30 磁気軸受
30a 第1ラジアル磁気軸受コイル
30b 第2ラジアル磁気軸受コイル
30c スラスト磁気軸受コイル
32a 第1補助ベアリング(補助軸受)
32b 第2補助ベアリング(補助軸受)
40 中間冷却器
42 中間圧ガス冷媒配管
44a 第1保持部
44b 第2保持部
G1 第1ギャップセンサ
G2 第2ギャップセンサ
S1 第1空間
S2 第2空間
Claims (4)
- 冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、前記ターボ圧縮機から吐出された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器から導かれた液冷媒を膨張させる膨張弁と、前記膨張弁から導かれた冷媒を蒸発させる蒸発器と、を有する冷凍サイクルを備え、
前記ターボ圧縮機は、
羽根車と、
該羽根車を回転させる回転軸と、
該回転軸を支持する磁気軸受と、
前記膨張弁よりも前記冷凍サイクルの上流側の高圧部からガス冷媒を冷却媒体として前記磁気軸受に供給するガス冷媒供給経路と、
前記磁気軸受を通過した後のガス冷媒を前記膨張弁よりも前記冷凍サイクルの下流側の低圧部に導くガス冷媒返送経路と、
を備え、
前記磁気軸受を保持する保持部と、
前記保持部に固定されるとともに、前記磁気軸受の側方に設けられた補助軸受と、
前記保持部、前記磁気軸受及び前記補助軸受に囲まれた空間に、前記ガス冷媒供給経路からガス冷媒が供給されるターボ冷凍機。 - 前記ガス冷媒供給経路から供給されたガス冷媒は、前記磁気軸受と前記回転軸との間を通過する請求項1に記載のターボ冷凍機。
- 前記ガス冷媒供給経路は、前記回転軸の軸線方向に形成された軸線方向ガス冷媒供給穴と、該軸線方向ガス冷媒供給穴に接続されるとともに前記磁気軸受側に向かって半径方向外側に形成された半径方向ガス冷媒供給穴と、を備えている請求項1又は2に記載のターボ冷凍機。
- 前記ターボ圧縮機を収容するケーシングに対して冷却媒体が供給されるケーシング冷却部を備えている請求項1から3のいずれかに記載のターボ冷凍機。
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