JP3678638B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に空調装置の潤滑装置に関し、特に空調装置のスクリューコンプレッサの潤滑装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
閉じた冷凍装置及び空調装置では、通常、冷媒と潤滑油とが接触している。潤滑油と冷媒とは、親和性を有するので、異なる組成の混合物として冷凍装置及び空調装置内に存在する。このような組成は、温度、装置が運転中か否か、潤滑油の分離がオイルセパレータを通る流れによってなされているか回路を通る流れによってなされているか、冷媒の位相が変化するか否か、などの多くの要因によって決定される。冷媒中の潤滑油は、装置の表面を覆って装置の熱伝達特性を低下させるおそれを有する。冷媒は、潤滑油を薄めるだけでなく、圧力の低下によりガスを放出し、潤滑を妨げ得る泡を生じるおそれがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、スクリューコンプレッサのベアリングを潤滑するために潤滑油を多く含む流体を生じさせることである。
【０００４】
本発明の他の目的は、スクリューコンプレッサのロータやベアリングに分離した潤滑回路を提供することである。
【０００５】
本発明のまた他の目的は、潤滑油−冷媒混合物の冷媒含有量を減少させることである。
【０００６】
本発明の更に他の目的は、典型的な潤滑油分離装置の複雑さを排除することで、コストを低下させるとともに装置の信頼性を向上させることである。
【０００７】
本発明のまた他の目的は、モータ冷却のために過冷却した液体を生じさせることである。上記及びその他の目的は、以下で明らかとなるように、本発明によって達成される。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
閉じた冷凍装置または空調装置の冷却器または蒸発器の下に、小型の熱交換器を設けることが望ましく、この熱交換器は、潤滑油を濃厚とする発生器つまり蒸留器を構成する。蒸留器を比較的高い高さに設けることもできるが、この場合にはポンプなどが要求される。潤滑油を濃厚とする発生器は、冷媒と潤滑油を含む混合液を冷却器から受け入れる。凝縮器からの比較的暖かい液体の一部が、発生器へ分岐される。凝縮器からの流れが、発生器内のチューブを通って流れるのに従って熱が放出され、発生器内の冷媒を沸騰させる。また、電気抵抗熱などの補助的な熱源を用いることもできる。発生する冷媒蒸気は、発生器から排出され、コンプレッサの吸入側と冷却器との圧力差によってコンプレッサの吸入側へと流れる。冷媒の蒸発により、”潤滑油を多く含む”液体が形成される。この潤滑油を多く含む液体は、１つまたはそれ以上のエゼクタによって潤滑装置に供給され、これにより、潤滑油を多く含む液体がコンプレッサから排出される高圧ガスに混入される。エゼクタを起動する圧力は、吐出圧力または最後に閉じるローブのロータ圧力のいずれか高い方であることが望ましい。
【０００９】
凝縮器からの冷媒の流れは、発生器を通過するときに過冷却される。この比較的高圧で過冷却された流れは、冷却のためにモータに供給される。モータの冷却時に、過冷却された流れは熱されて膨張し、続いてコンプレッサへ吸入される流れに供給される。
【００１０】
要するに、本願発明では、補助的な熱もしくは凝縮器内の凝縮液は、発生器つまり蒸留器に導かれるとともに、ここで冷媒−潤滑油混合物から冷媒を蒸発させるために熱を供給し、これにより、凝縮液が過冷却される。過冷却された液体は、モータに冷却のために供給される。発生器で冷媒が蒸発することによって、潤滑油を多く含む液体が生じ、この液体が潤滑のためにベアリングに供給される。１つまたはそれ以上のジェットポンプまたはエゼクタポンプが、潤滑油を多く含む液体を潤滑油分配装置に供給してベアリングを潤滑するために使用されることが望ましい。また、冷却器内の潤滑油を多く含む領域によって、第２の潤滑油分配装置を介してロータを潤滑または密閉するための潤滑油が供給されることが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１では、符号１０によって閉じた冷凍装置もしくは空調装置が全体として示されている。従来通り、コンプレッサ１２、吐出ポートに接続された吐出管路１４、凝縮器１６、膨張装置２０を含む管路１８、冷却器または蒸発器２２、及び吸入ポートへ続く吸入管路２４とを連続的に含む閉じた回路が設けられている。コンプレッサ１２は、マルチロータ密閉型スクリューコンプレッサであり、電源（図示省略）に接続された電気モータ２６によって駆動される。図２，図５に最もよく示されているように、スクリューコンプレッサ１２は、互いに噛み合う複数のロータを有し、このうち３つのロータ１２１，１３１，１４１が図示されている。特に図３を参照すると、ロータ１２１は、端部軸１２１−１，１２１−２と、ロータ１２１と軸１２１−１，１２１−２の全長に亘って延在する軸方向のボア１２１−３と、を有する。端部軸１２１−１，１２１−２は、それぞれ中間軸１２１−１ａ，１２１−２ａによってロータ１２１に接続されている。中間軸１２１−１ａ，１２１−２ａは、ラビリンスシール１２２，１２３との間に狭いクリアランスを有する。ラビリンスシール１２２は、ベアリングチャンバ１２−２からロータボア１２−１を密閉する。同様に、ラビリンスシール１２３は、ベアリングチャンバ１２−３からロータボア１２−１を密閉する。軸１２１−１は、複数のベアリング１２４−１，１２４−２，１２４−３によってベアリングチャンバ１２−２内で支持されている。同様に、軸１２１−２は、ベアリング１２５−１によってベアリングチャンバ１２−３内で支持されている。
【００１２】
図３に示した上述のロータ１２１は、ロータ１３１，１４１に関するベアリングの支持及び潤滑を代表して示している。これらのロータの違いは、雄モータか雌ロータであるかということと、１つのロータがモータ２６によって駆動され、続いてこのロータが他のロータを駆動するという点のみである。歯車では、駆動歯車が“太陽”であり、駆動される歯車が“遊星”である。ロータは、ロータを通して直接駆動するのではなく、歯車によっても駆動可能である。
【００１３】
再び図１を参照すると、本発明によれば、凝縮器１６内の比較的暖かい液体の一部は、管路３０を通って発生器即ち蒸留器３２を通過する。発生器即ち蒸留器３２は、冷却器２２の下または冷却器２２よりも低い高さに設けることが望ましい。必要もしくは望ましい場合には、発生器即ち蒸留器３２は、比較的高い高さに設けることもできるが、蒸留器を補給するためにポンプが必要となる。凝縮器１６から管路３０を通して供給される液体は、複数のチューブ３４を通過して、冷却器２２から管路３６を通して発生器３２へ流れる冷媒−潤滑油の混合液と熱交換を行う。この流れは、チューブ３４を通過後、管路３５を通してモータ２６に供給され、モータ２６を冷却するとともに、続いて、管路２４を通して供給される吸入ガスと混合される。凝縮器１６から分岐した流れは、発生器３２の冷媒−潤滑油混合物３２に熱を与えることによって冷却される一方で、冷媒を沸騰させる。冷媒の蒸発によって発生する蒸気は、管路３８を通して発生器３２から排出され、管路３８によってコンプレッサ吸入管路２４に導かれるとともにコンプレッサの吸入側と冷却器２２との間の圧力差によってコンプレッサの吸入側へと流れる。
【００１４】
冷媒の蒸発によって、潤滑油を多く含む液体４０が発生器３２で形成される。この潤滑油を多く含む液体４０は、管路４２を通してエゼクタ４４に供給される。コンプレッサの吐出量または最後に閉じるローブのロータ流体は、管路４６を通ってエゼクタ４４に分岐され、潤滑油を多く含む液体を発生器３２から引き込んで、１つもしくはそれ以上のフィルタ５０を含み得る管路４８へこの液体を導く。管路４８は、複数の管路へと枝分かれする。図３において管路４８−１に関して最もよく示しているように、管路４８−１，４８−２，４８−３は、ベアリングケーシングの上部にそれぞれ接続されており、コンプレッサ１２の吐出側即ち高圧側に設けられたベアリングチャンバ１２−２，１２−２ａ，１２−２ｂに液体を供給する。
【００１５】
ベアリングチャンバ１２−２，１２−２ａ，１２−２ｂを潤滑する典型例として、特に図３を参照すると、分岐路４８−１は、ベアリングチャンバ１２−２の頂部に接続されている。分岐路４８−１によって供給される潤滑油は、ベアリング１２４−１，１２４−２，１２４−３を通して及びこれらのヘアリング上を流れて、該ベアリングを潤滑する。ベアリングチャンバ１２−２内の潤滑油及びガス状の冷媒は、ロータ１２１の軸方向のボア１２１−３内へ及びこれを通って、ベアリングチャンバ１２−３へと流れる。ベアリングチャンバ１２−３に流れる潤滑油は、管路６０、及び最終的に蒸留器３２に接続される分岐路６０−１を通過する前にベアリング１２５−１上及びこれを通って流れる。同様に、潤滑油は、チャンバ１２−３ａ，１２−３ｂから分岐路６０−２，６０−３をそれぞれ介して管路６０へと流れる。管路６０は、第２のエゼクタ１４４と接続されており、コンプレッサの吐出量の一部または最後に閉じるローブのロータ流体が管路１４６を介してエゼクタ１４４に分岐され、キャビティ１２−３，１２−３ａ，１２−３ｂから導かれた潤滑油を引き込んで、この潤滑油を望ましくは蒸留器３２に戻す。必要もしくは所望であれば、蒸留器３２ではなく、冷却器２２に潤滑油を導くこともできる。
【００１６】
図２では、図１で図示された構造に、吐出圧力または最後に閉じるローブのロータ圧力のいずれか高い方を、作動流体としてエゼクタ４４，１４４に供給することが加えられている。エゼクタ４４に流体を供給する管路４６は、それぞれチェックバルブを含む２つの分岐路４６−１，４６−２から供給を受ける。管路４６−１ａは、コンプレッサ吐出圧力をエゼクタ４４に供給し、管路４６−２ａは、最後に閉じるローブの圧力をエゼクタ４４に供給し、これらの２つの圧力のいずれか高い方がエゼクタ４４に供給される。オイルの戻り経路１４８は、蒸留器へと戻る。
【００１７】
図４，図５の装置１１０では、管路１２２を通して冷却器から潤滑油を導いて、第３のエゼクタ２４４を通してこの潤滑油を供給することでロータを潤滑または密閉する構造が、図１，図２の装置に加えられている。より詳細には、管路２４６は、管路４６から分岐し、吐出圧力または最後に閉じるローブのロータ圧力のいずれか高い方をエゼクタ２４４に供給し、冷媒−潤滑油混合物が管路１２２を通して冷却器２２から導かれ、ロータ１２１，１３１，１４１を潤滑するために管路２４８−１を介してコンプレッサ１２へと供給される。図５は、ロータ潤滑路をより詳細に示している。この実施例は、潤滑よりも密閉が主な機能であり、ロータ１２１，１３１，１４１が、ベアリングで要求される潤滑油を多く含む混合物を要求しない点で有利である。また、潤滑油を多く含む領域が冷却器２２内に形成される点を利用して、この領域から潤滑油を回収するように管路１２２と冷却器２２とを流体的に接続することができる。更に、３つのエゼクタを利用することで、これらのエゼクタに対する要求が減少する。特に図５を参照すると、管路２４８−１がロータ１２１，１３１を潤滑する管路２４８−２と、ロータ１３１，１４１を潤滑する管路２４８−３と、に分岐している。上述のように、分岐管路６０−１，６０−２，６０−３は、コンプレッサ１２の吸入側即ち低圧側でベアリングチャンバ１２−３，１２−３ａ，１２−３ｂの上部から分岐し、蒸留器３２に潤滑油を戻す管路６０へ統合される。
【００１８】
本発明の好適な実施例を図示及び開示したが、当業者によって他の変更もなされ得る。従って、本発明の範囲は、請求項のみによって限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を利用する閉じた冷凍装置もしくは空調装置の概略図である。
【図２】図１の装置のより詳細な概略図である。
【図３】潤滑路の一部を示すスクリューコンプレッサの一部切り欠き断面図である。
【図４】潤滑装置の変形例の概略図である。
【図５】図４の装置の潤滑路の一部の概略図である。
【符号の説明】
１６…凝縮器
２６…モータ
３２…発生器
４０…潤滑油を多く含む流体
４４，１４４…エゼクタポンプ

Claims (9)

1. 吸入ポートと吐出ポートとを備えるとともにモータによって駆動されるコンプレッサと、前記吐出ポートから凝縮器まで延在する吐出管路と、膨張装置と、冷却器と、前記吸入ポートに接続された吸入管路と、を連続的に含み、かつ冷媒と潤滑油とを含む閉じた冷凍装置において、
   前記冷却器から冷媒と潤滑油とを含む混合流体を受け入れるように該冷却器に流体的に接続された発生器と、
   前記混合流体から冷媒が蒸発して潤滑油を多く含む混合物が形成されるように、前記発生器内の前記混合流体と熱交換を行うように液体冷媒と潤滑油の混合物を前記凝縮器から前記発生器へ供給する手段と、
   蒸発した冷媒を前記発生器から前記吸入ポートへと供給する手段と、
   ポンプ手段と、
   前記ポンプ手段と接続された潤滑油分配装置と、
   前記発生器から前記ポンプ手段へ前記潤滑油を多く含む混合物を供給する手段と、
   前記潤滑油を多く含む混合物が前記潤滑油分配装置に供給されるように前記ポンプ手段を起動する手段と、
   を含み、前記潤滑油分配装置は、前記コンプレッサを潤滑しており、前記ポンプ手段は、エゼクタポンプであり、前記起動手段は、吐出圧力または最後に閉じるローブ圧力のいずれか高い方の圧力で高圧の冷媒を前記エゼクタポンプに供給していることを特徴とする冷凍装置。
2. 前記凝縮器から前記発生器へ液体冷媒と潤滑油の混合物を供給する手段は、前記モータに流体的に接続されており、前記液体冷媒と潤滑油の混合物は、該発生器を通過時に過冷却され、続いて前記モータに冷却を提供することを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
3. 前記コンプレッサは、互いに噛み合う複数のロータを有するスクリューコンプレッサであることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
4. 前記各ロータは、第１の端部と、第２の端部と、これらの端部の間に延びる軸方向のボアと、をそれぞれ備え、前記端部は、前記ロータから流体的に密閉されたベアリングチャンバ内に設けられたベアリングによって支持されており、
   前記潤滑油分配装置は、前記各ロータに関連する、前記ベアリングチャンバと前記軸方向のボアとをそれぞれ含むことを特徴とする請求項３記載の冷凍装置。
5. 更に、第２のエゼクタポンプと、
   前記第２のエゼクタポンプに高圧冷媒を供給する手段と、を含み、
   前記潤滑油分配装置は、戻り管路を含み、
   前記第２のエゼクタポンプは、前記戻り管路と機能的に接続されており、該第２のエゼクタポンプに供給される高圧冷媒によって、潤滑油が、前記戻り管路を通して前記コンプレッサから吸入されるとともに該第２のエゼクタポンプに供給されることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
6. 前記第２のエゼクタポンプは、前記発生器と接続されており、前記コンプレッサから吸入された潤滑油を、前記戻り管路を通して前記発生器へ供給することを特徴とする請求項５記載の冷凍装置。
7. 更に、第３のエゼクタポンプと、
   前記第３のエゼクタポンプに高圧冷媒を供給する手段と、を含み、
   前記第３のエゼクタポンプは、前記冷却器に機能的に接続されており、
   前記コンプレッサは、複数の互いに噛み合うロータを備えるスクリューコンプレッサであり、
   前記第３のエゼクタポンプへ高圧冷媒が供給されたときに、前記ロータに潤滑及び密閉を提供するために、前記冷却器から吸入された冷媒−潤滑油の混合物を該ロータに供給するように前記第３のエゼクタポンプに接続された手段を含むことを特徴とする請求項６記載の冷凍装置。
8. 前記コンプレッサは、ベアリングに支持され、かつ互いに噛み合った複数のロータを備えるスクリューコンプレッサであり、
   前記潤滑油分配装置は、前記ロータと前記ベアリングに潤滑油を提供することを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
9. 前記潤滑油分配装置は、前記発生器に接続された戻り管路を含むことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。

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