JP7490367B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
回転軸と、
前記回転軸に固定された翼車と、
前記回転軸の外周面と向かい合う軸受面を有し、前記外周面と前記軸受面との間に液相冷媒が存在した状態で前記回転軸を支持する軸受と、
前記回転軸の軸線方向において前記軸受に隣接し、前記軸受から排出される前記液相冷媒を貯留する第一排出空間と、
前記翼車が配置された圧縮室と、
前記回転軸の軸線方向において前記第一排出空間と前記圧縮室との間で前記第一排出空間に隣接している第二排出空間と、
前記回転軸の軸線方向において前記第一排出空間と前記第二排出空間との間で前記回転軸の周囲に配置されたシール部と、
前記回転軸の軸線方向において前記圧縮室と前記第二排出空間との間で前記回転軸の周囲に狭窄な流路を形成する狭窄部と、を備えた、ターボ圧縮機と、
前記翼車に向かって供給される気相冷媒を生成する蒸発器と、
前記ターボ圧縮機によって圧縮された気相冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記第一排出空間と前記凝縮器とを連通させる第一排出経路と、
前記第二排出空間と前記ターボ圧縮機の外部空間とを連通させる第二排出経路とを、備える。
本発明者らが本開示を想到するに至った当時、冷凍サイクルにおける液相冷媒を圧縮機の軸受に供給する技術を開発する試みが行われていた。圧縮機において軸受から排出された液相冷媒が存在する空間の近くには、その空間の圧力よりも低い圧力に保たれた別の空間が存在することがある。このため、圧縮機において軸受から排出された液相冷媒の取扱いについてより詳細な検討を行う余地があった。例えば、特許文献1によれば、圧縮室322aの内部の負圧は、飽和蒸気圧に設定されているので、圧縮室322aに吸い込まれた潤滑水はすぐに蒸発すると説明されている。しかし、本発明者らの検討によれば、圧縮室322aに吸い込まれた潤滑水の大部分は液相の状態を保つと考えられる。なぜなら、圧縮室322aに吸い込まれた潤滑水が圧縮室322aの内部の負圧の環境に接したとしても、潤滑水においてそのすべてが蒸発するほどのエンタルピーの増加が起こるわけではないからである。このため、潤滑水はせいぜい気液二相の状態に変化するにすぎず、潤滑水の一部が液相を保ち液滴を形成すると考えられる。液滴は、羽根車324aに衝突して大きな動力損失を発生させうる。本発明者らは、従来技術のこのような課題を新たに発見し、この課題を解決するために本開示の主題を構成するに至った。
以下、図1及び図2を用いて、実施の形態1を説明する。
図1に示す通り、冷凍サイクル装置1aは、ターボ圧縮機10aと、蒸発器20と、凝縮器30と、第一排出経路41と、第二排出経路42とを備えている。ターボ圧縮機10aは、回転軸11と、翼車12と、第一軸受13と、第一排出空間14fと、第二排出空間14sと、圧縮室15と、シール部16と、狭窄部17とを備えている。翼車12は、回転軸11に固定されている。翼車12は、圧縮室15に配置されている。第一軸受13は、回転軸11の外周面11gと向かい合う軸受面13bを有する。加えて、第一軸受13は、外周面11gと軸受面13bとの間に液相冷媒が存在した状態で回転軸11を支持する。第一排出空間14fは、回転軸11の軸線方向において第一軸受13に隣接し、第一軸受13から排出される液相冷媒を貯留する。第二排出空間14sは、回転軸11の軸線方向において第一排出空間14fと圧縮室15との間で第一排出空間14fに隣接している。シール部16は、回転軸11の軸線方向において第一排出空間14fと第二排出空間14sとの間で回転軸11の周囲に配置されている。狭窄部17は、回転軸11の軸線方向において圧縮室15と第二排出空間14sとの間で回転軸11の周囲に狭窄な流路を形成する。蒸発器20は、翼車12に向かって供給される気相冷媒を生成する。凝縮器30は、ターボ圧縮機10aによって圧縮された気相冷媒を凝縮させる。第一排出経路41は、第一排出空間14fと凝縮器30とを連通させている。第二排出経路42は、第二排出空間14sとターボ圧縮機10aの外部空間とを連通させている。
以上のように構成された冷凍サイクル装置1aについて、以下、その動作、作用を説明する。蒸発器20には、例えば、液相冷媒が貯留されている。冷凍サイクル装置1aの運転において、蒸発器20に貯留された液相冷媒が蒸発して気相冷媒が生成される。この気相冷媒がターボ圧縮機10aに向かって供給され、吸入空間15qに導かれる。その後、気相冷媒は、圧縮室15において翼車12を通過して圧縮され、凝縮器30に向かって吐出される。次に、気相冷媒は、凝縮器30において凝縮して液相冷媒に変化する。この液相冷媒は、蒸発器20に戻される。このような冷媒の循環により冷凍サイクルが成立する。
以上のように、本実施の形態において、冷凍サイクル装置1aのターボ圧縮機10aは、第一排出空間14fと、第二排出空間14sと、シール部16と、狭窄部17とを備えている。第一排出空間14fは、回転軸11の軸線方向において第一軸受13に隣接し、第一軸受13から排出される液相冷媒を貯留する。第二排出空間14sは、回転軸11の軸線方向において第一排出空間14fと圧縮室15との間で第一排出空間14fに隣接している。シール部16は、回転軸11の軸線方向において第一排出空間14fと第二排出空間14sとの間で回転軸11の周囲に配置されている。狭窄部17は、回転軸11の軸線方向において圧縮室15と第二排出空間14sとの間で回転軸11の周囲に狭窄な流路を形成する。シール部16により、第一排出空間14fに貯留された液相冷媒の大部分は第一排出経路41を通って排出され、シール部16を通過して第二排出空間14sに導かれる液相冷媒は少量である。加えて、第二排出空間14sにおいて少量の液相冷媒が貯留され、狭窄部17により、第二排出空間14sに貯留された少量の液相冷媒は圧縮室15に導かれにくい。このため、第一軸受13から排出された液相冷媒が圧縮室15に導かれることを抑制できる。その結果、ターボ圧縮機10aにおける翼車12への液滴の衝突により動力損失が増加することを抑制できる。
以下、図3を用いて、実施の形態2を説明する。図3に示す冷凍サイクル装置1bは、特に説明する部分を除き冷凍サイクル装置1aと同様に構成されている。冷凍サイクル装置1aの構成要素と同一又は対応する冷凍サイクル装置1bの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。冷凍サイクル装置1aに関する説明は、技術的に矛盾しない限り、冷凍サイクル装置1bにも当てはまる。
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態1及び2を説明した。しかし、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略等を行った実施の形態にも適用できる。また、上記の実施の形態1及び2で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
10a ターボ圧縮機
11 回転軸
11g 外周面
12 翼車
13 軸受(第一軸受)
13b 軸受面
14f 第一排出空間
14s 第二排出空間
14t 第三排出空間
14v 連通路
15 圧縮室
16 シール部
17 狭窄部
20 蒸発器
30 凝縮器
41 第一排出経路
42 第二排出経路
42k 下方流路
Claims (5)
- 回転軸と、
前記回転軸に固定された翼車と、
前記回転軸の外周面と向かい合う軸受面を有し、前記外周面と前記軸受面との間に液相冷媒が存在した状態で前記回転軸を支持する軸受と、
前記回転軸の軸線方向において前記軸受に隣接し、前記軸受から排出される前記液相冷媒を貯留する第一排出空間と、
前記翼車が配置された圧縮室と、
前記回転軸の軸線方向において前記第一排出空間と前記圧縮室との間で前記第一排出空間に隣接している第二排出空間と、
前記回転軸の軸線方向において前記第一排出空間と前記第二排出空間との間で前記回転軸の周囲に配置されたシール部と、
前記回転軸の軸線方向において前記圧縮室と前記第二排出空間との間で前記回転軸の周囲に狭窄な流路を形成する狭窄部と、を備えた、ターボ圧縮機と、
前記翼車に向かって供給される気相冷媒を生成する蒸発器と、
前記ターボ圧縮機によって圧縮された気相冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記第一排出空間と前記凝縮器とを連通させる第一排出経路と、
前記第二排出空間と前記ターボ圧縮機の外部空間とを連通させる第二排出経路とを、備え、
前記第二排出空間は、前記圧縮室において前記翼車を通過した前記気相冷媒が存在する空間に隣接している、
冷凍サイクル装置。 - 前記第二排出経路は、前記凝縮器に接続されている、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記第二排出経路は、前記凝縮器に貯留された液相冷媒の液面よりも下に位置する下方流路を有する、請求項2に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記第二排出経路は、前記蒸発器に接続されている、請求項1に記載の冷凍サイクル装置。
- 前記ターボ圧縮機は、前記回転軸の軸線方向において前記軸受に隣接し、前記第一排出空間から遠ざかって前記軸受から排出される前記液相冷媒を貯留する第三排出空間と、前記第一排出空間と前記第三排出空間とを連通させる連通路とをさらに備えた、請求項1から4のいずれか1項に記載の冷凍サイクル装置。
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