JP5326900B2 - Turbo compressor and refrigerator - Google Patents
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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。 The present invention relates to a turbo compressor capable of compressing fluid with a plurality of impellers and a refrigerator including the turbo compressor.
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、インペラ等を備えた圧縮手段によって冷媒を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1参照。)。 As a refrigerator that cools or freezes an object to be cooled such as water, a turbo refrigerator including a turbo compressor that compresses and discharges a refrigerant by a compression unit including an impeller or the like is known. In the compressor, when the compression ratio increases, the discharge temperature of the compressor increases and the volumetric efficiency decreases. Therefore, in the turbo compressor provided in the above-described turbo refrigerator or the like, the refrigerant may be compressed in a plurality of stages (see, for example, Patent Document 1).
このようなターボ圧縮機においては、圧縮された冷媒を外部で導出する、又は、冷媒を圧縮するために内部に導入するための螺旋状のスクロール室が配されている。また、インペラ等を回転支持するための軸受等の摺動部位に、オイルタンクから潤滑油が供給される。 In such a turbocompressor, a spiral scroll chamber is provided for extracting the compressed refrigerant to the outside or introducing it into the inside in order to compress the refrigerant. Lubricating oil is supplied from an oil tank to a sliding part such as a bearing for rotating and supporting an impeller and the like.
しかしながら、上記従来のターボ圧縮機及び冷凍機では、長期運転停止の際、冷媒がスクロール室内下方に凝縮してしまう。そのため、圧縮機の運転を再開する前に、凝縮した冷媒液をスクロール室の下方に配されたドレンポート等から外部に排出する作業が必要となり、煩雑となってしまう。 However, in the conventional turbo compressor and refrigerator, the refrigerant condenses below the scroll chamber when the long-term operation is stopped. Therefore, before resuming the operation of the compressor, it is necessary to discharge the condensed refrigerant liquid to the outside from a drain port or the like disposed below the scroll chamber, which is complicated.
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、長期運転停止のため冷媒がスクロール室内で凝縮してしまっても、これをスクロール室内から自動的に排除して速やかに運転を再開することができるターボ圧縮機及び冷凍機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and even if the refrigerant condenses in the scroll chamber due to the long-term operation stop, the refrigerant is automatically excluded from the scroll chamber and the operation is resumed promptly. An object of the present invention is to provide a turbo compressor and a refrigerator that can perform the above.
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係るターボ圧縮機は、摺動部位を有する筐体と、前記摺動部位に支持された軸部と接続されて軸線回りに回転されるインペラと、該インペラに流体を導入する、又は、前記インペラの回転によって圧縮された流体を外部に導出するスクロール室を有する複数の圧縮段と、加熱源が配されて前記摺動部位に供給する潤滑油が貯留されるオイルタンクと、を備え、該オイルタンクの近傍に、前記スクロール室の少なくとも一部が配されていることを特徴とする。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
A turbo compressor according to the present invention, a housing having a sliding portion, an impeller connected to a shaft portion supported by the sliding portion and rotated around an axis, and introducing a fluid into the impeller, or A plurality of compression stages having a scroll chamber for leading the fluid compressed by the rotation of the impeller to the outside, and an oil tank in which a heating source is arranged and lubricating oil supplied to the sliding portion is stored. Further, at least a part of the scroll chamber is arranged in the vicinity of the oil tank.
この発明は、オイルタンクの近傍に、スクロール室の少なくとも一部が配されているので、加熱源によって運転再開前に加熱された潤滑油の熱をオイルタンク壁面からスクロール室壁面に好適に伝熱させることができる。そして、この熱によって、スクロール室内に凝縮された圧縮される流体を加熱させることができる。
したがって、凝縮した冷媒液をスクロール室の下方に配されたドレンポート等から外部に排出する作業が不要となり、特別な作業なしに運転を再開することができる。
In this invention, since at least a part of the scroll chamber is arranged in the vicinity of the oil tank, the heat of the lubricating oil heated before the restart of operation by the heating source is suitably transferred from the oil tank wall surface to the scroll chamber wall surface. Can be made. And the fluid to be compressed condensed in the scroll chamber can be heated by this heat.
Therefore, it is not necessary to discharge the condensed refrigerant liquid to the outside through a drain port or the like disposed below the scroll chamber, and the operation can be resumed without any special work.
また、本発明に係るターボ圧縮機は、前記ターボ圧縮機であって、前記スクロール室の少なくとも一部が、前記オイルタンク内に貯留される潤滑油の油面よりも下方に配されていることを特徴とする。
この発明は、加熱された潤滑油の熱をスクロール室へより好適に伝えることができる。
Further, the turbo compressor according to the present invention is the turbo compressor, wherein at least a part of the scroll chamber is disposed below the oil level of the lubricating oil stored in the oil tank. It is characterized by.
According to the present invention, the heat of the heated lubricating oil can be more suitably transmitted to the scroll chamber.
本発明に係る冷凍機は、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ターボ圧縮機と、を備える冷凍機において、前記ターボ圧縮機として、上述したターボ圧縮機を用いることを特徴とする。 The refrigerator according to the present invention includes a condenser that cools and liquefies the compressed refrigerant, an evaporator that cools the cooling object by evaporating the liquefied refrigerant and taking heat of vaporization from the cooling object, A refrigerator including a turbo compressor that compresses the refrigerant evaporated by the evaporator and supplies the compressed refrigerant to the condenser. The turbo compressor described above is used as the turbo compressor.
この発明は、上記ターボ圧縮機と同様の作用・効果を奏することができる。 The present invention can achieve the same operations and effects as the turbo compressor.
本発明によれば、長期運転停止の際、冷媒がスクロール室内で凝縮してしまっても、これをスクロール室内から自動的に排除して速やかに運転再開することができる。 According to the present invention, even if the refrigerant condenses in the scroll chamber during the long-term operation stop, it can be automatically removed from the scroll chamber and the operation can be restarted quickly.
本発明に係るターボ圧縮機及び冷凍機の一実施形態について、図1から図4を参照して説明する。
本実施形態に係るターボ冷凍機(冷凍機)1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2と、エコノマイザ3と、蒸発器5と、ターボ圧縮機6とを備えている。
An embodiment of a turbo compressor and a refrigerator according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
A turbo chiller (refrigerator) 1 according to the present embodiment is installed in a building or a factory, for example, to generate cooling water for air conditioning. As shown in FIG. 1, a
凝縮器2は、例えば、気体状態で圧縮されたR134a等の冷媒(流体)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2は、図1に示すように、圧縮冷媒ガスX1が流れる流路R1を介してターボ圧縮機6と接続されており、冷媒液X2が流れる流路R2を介してエコノマイザ3と接続されている。なお、流路R2には、冷媒液X2を減圧するための膨張弁7が設置されている。
The
エコノマイザ3は、膨張弁7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3は、冷媒液X2が流れる流路R3を介して蒸発器5と接続されており、エコノマイザ3にて生じた冷媒の気相成分X3が流れる流路R4を介してターボ圧縮機6と接続されている。なお、流路R3は、冷媒液X2をさらに減圧するための膨張弁8が設置されている。また、流路R4は、ターボ圧縮機6が備える後述する第二圧縮段23に気相成分X3を供給するようにターボ圧縮機6と接続されている。
The
蒸発器5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5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が流れる流路R5を介してターボ圧縮機6と接続されている。なお、流路R5は、ターボ圧縮機6が備える後述する第一圧縮段22と接続されている。
The evaporator 5 cools the object to be cooled by evaporating the refrigerant liquid X2 and removing the heat of vaporization from the object to be cooled such as water. The evaporator 5 is connected to the
ターボ圧縮機6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6は、上述のように圧縮冷媒ガスX1が流れる流路R1を介して凝縮器2と接続されており、冷媒ガスX4が流れる流路R5を介して蒸発器5と接続されている。
The
The
図2から図4に示すように、このターボ圧縮機6は、複数の摺動部位10を有する筐体11と、複数の圧縮段12と、潤滑油LOが貯留されるオイルタンク13と、を備えている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
筐体11は、モータハウジング15と、圧縮機ハウジング16と、ギアハウジング17と、に区画されており、それぞれが分離可能に接続されている。モータハウジング15には、軸線O回りに回転する出力軸18と、出力軸18が接続されて圧縮段12を駆動させるモータ20と、が配されている。出力軸18は、モータハウジング15に固定された第一軸受21によって回転可能に支持されている。ここで、摺動部位10は、第一軸受21だけでなく、後述する第二軸受26、第三軸受27、ギアユニット28等を含む。
The
圧縮段12は、冷媒ガスX4(図1参照)を吸入して圧縮する第一圧縮段22と、第一圧縮段22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(図1参照)として排出する第二圧縮段23とを備えている。第一圧縮段22は、圧縮機ハウジング16に配され、第二圧縮段23は、ギアハウジング17に配されている。
The
第一圧縮段22は、回転軸(軸部)25に固定され、モータ20によって軸線O回りに回転駆動されて、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複数の第一インペラ(インペラ)22aと、第一インペラ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する第一ディフューザ22bと、第一ディフューザ22bによって圧縮された冷媒ガスX4を第一圧縮段22の外部に導出する第一スクロール室(スクロール室)22cと、冷媒ガスX4を吸入して第一インペラ22aに供給する吸入口22dと、を備えている。ここで、第一ディフューザ22b、第一スクロール室22c及び吸入口22dの一部は、第一インペラ22aを囲う第一ハウジング22eによって形成されている。
The
第一圧縮段22の吸入口22dには、第一圧縮段22の吸入容量を調節するためのインレットガイドベーン22gが複数設置されている。各インレットガイドベーン22gは、駆動機構22i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。
A plurality of inlet guide vanes 22 g for adjusting the suction capacity of the
第一圧縮段22における第一インペラ22a及びこれの上流側にあたる吸入口22dの外周部の第一ハウジング22eには、軸線Oを中心とした円環状をなす中継空間22hが区画形成されている。該中継空間22hには、上記のインレットガイドベーン22gを駆動する駆動機構22iが内部に収納されている。
The
この中継空間22hは、吸入口22dにおけるインレットガイドベーン22gの背面側と僅かな間隙22jを介して連通状態とされており、これにより中継空間22hと吸入口22dの圧力が常に等しくなるように構成されている。
The
第二圧縮段23は、第一圧縮段22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二インペラ(インペラ)23aと、第二インペラ23a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として排出する第二ディフューザ23bと、第二ディフューザ23bから排出された圧縮冷媒ガスX1を第二圧縮段23の外部に導出する第二スクロール室(スクロール室)23cと、第一圧縮段22にて圧縮された冷媒ガスX4を第二インペラ23aに導く導入スクロール室(スクロール室)23dと、を備えている。ここで、第二ディフューザ23b、第二スクロール室23c及び導入スクロール室23dの一部は、第二インペラ23aを囲う第二ハウジング23eによって形成されている。
The
第二インペラ23aは、上記回転軸25に第一インペラ22aと背面合わせとなるように固定され、回転軸25がモータ20の出力軸18から回転動力を伝達されて軸線O回りに回転されることによって回転駆動される。第二ディフューザ23bは、第二インペラ23aの周囲に環状に配置されている。
The
第二スクロール室23cは、圧縮冷媒ガスX1を凝縮器2に供給するための流路R1と接続されており、第二圧縮段23から導出した圧縮冷媒ガスX1を流路R1に供給する。
The
なお、第一圧縮段22の第一スクロール室22cと、第二圧縮段23の導入スクロール室23dとは、第一圧縮段22及び第二圧縮段23とは別体で設けられる外部配管(不図示)を介して接続されており、該外部配管を介して第一圧縮段22にて圧縮された冷媒ガスX4が第二圧縮段23に供給される。この外部配管には、上述の流路R4(図1参照)が接続されており、エコノマイザ3にて発生した冷媒の気相成分X3が外部配管を介して第二圧縮段23に供給される構成となっている。
The
回転軸25は、ギアハウジング17に固定された第二軸受26と、圧縮機ハウジング16に固定された第三軸受27と、によって、筐体11に対して回転可能に支持されている。
The
ギアハウジング17には、出力軸18の駆動力を回転軸25に伝達するためのギアユニット28が収容される収容空間S1が形成されている。
オイルタンク13は、収容空間S1の下方から、圧縮機ハウジング16内の下方まで延びるように形成されて配されている。ここで、第一スクロール室22c、第二スクロール室23c、及び導入スクロール室23dの下方側は、オイルタンク13内に貯留される潤滑油LOの油面Lよりも下方となるように配されている。
また、オイルタンク13には、潤滑油LOを所定温度に加熱させるためのヒーター(加熱源)30が配されている。
The
The
The
ギアユニット28は、モータ20の出力軸18に固定される大径歯車31と、回転軸25に固定されると共に大径歯車31と噛み合う小径歯車32とを備えている。そして、出力軸18の回転数に対して回転軸25の回転数が増加するようにモータ20の出力軸18の回転動力を回転軸25に伝達する。
The
次に、本実施形態に係るターボ冷凍機1及びターボ圧縮機6の作用について説明する。
まず、ターボ冷凍機1及びターボ圧縮機6の運転開始にともない、図示しないオイルポンプによって、潤滑油LOがオイルタンク13から摺動部位10に供給される。その後、モータ20が駆動され、モータ20の出力軸18の回転動力がギアユニット28を介して回転軸25に伝達され、これによって第一圧縮段22及び第二圧縮段23が回転駆動される。
Next, the operation of the
First, with the start of operation of the
第一圧縮段22が回転駆動されると、第一圧縮段22の吸入口22dが負圧状態となり、流路R5からの冷媒ガスX4が吸入口22dを介して第一圧縮段22に流入する。この際、インレットガイドベーン22gによって吸入容量が適宜調節される。
第一圧縮段22の内部に流入した冷媒ガスX4は、第一インペラ22aにスラスト方向から流入し、第一インペラ22aによって速度エネルギを付与されてラジアル方向に排出される。
When the
The refrigerant gas X4 flowing into the
第一インペラ22aから排出された冷媒ガスX4は、第一ディフューザ22bによって速度エネルギを圧力エネルギに変換されることで圧縮される。第一ディフューザ22bから排出された冷媒ガスX4は、第一スクロール室22cを介して第一圧縮段22の外部に導出される。
そして、第一圧縮段22の外部に導出された冷媒ガスX4は、外部配管を介して第二圧縮段23に供給される。
The refrigerant gas X4 discharged from the
Then, the refrigerant gas X4 led out of the
第二圧縮段23に供給された冷媒ガスX4は、導入スクロール室23dを介してスラスト方向から第二インペラ23aに流入し、第二インペラ23aによって速度エネルギを付与されたラジアル方向に排出される。
第二インペラ23aから排出された冷媒ガスX4は、第二ディフューザ23bによって速度エネルギを圧力エネルギに変換されることでさらに圧縮されて圧縮冷媒ガスX1とされる。
The refrigerant gas X4 supplied to the
The refrigerant gas X4 discharged from the
第二ディフューザ23bから排出された圧縮冷媒ガスX1は、第二スクロール室23cを介して第二圧縮段23の外部に導出される。
そして、第二圧縮段23の外部に導出された圧縮冷媒ガスX1は、流路R1を介して凝縮器2に供給される。
The compressed refrigerant gas X1 discharged from the second diffuser 23b is led out of the
Then, the compressed refrigerant gas X1 led out of the
ところで、冷媒液X2としてR134a等を用いた場合、凝縮温度が30℃〜40℃なので、ターボ冷凍機1を長時間停止させた際には、第一スクロール室22c、第二スクロール室23c、導入スクロール室23d内に気体として残存する冷媒が、これらの下方に凝縮される。
By the way, when R134a or the like is used as the refrigerant liquid X2, the condensation temperature is 30 ° C. to 40 ° C. Therefore, when the
運転開始時には、ヒーター30によって冷媒の凝縮温度以上にオイルタンク13内に貯留された潤滑油LOを加熱する。これにより、オイルタンク13の壁面から第一スクロール室22c、第二スクロール室23c、導入スクロール室23dの各壁面に加熱された潤滑油LOの熱が伝わり、室内に凝縮されていた冷媒が加熱される。これにともない、冷媒が蒸発して再び気体となる。
At the start of operation, the lubricating oil LO stored in the
このターボ冷凍機1及びターボ圧縮機6によれば、第一スクロール室22c、第二スクロール室23c、導入スクロール室23dの下方側がオイルタンク13の近傍に配されている。そのため、ターボ圧縮機6を起動する際に、ヒーター30にてオイルタンク13に貯留された潤滑油LOを加熱することにより、第一スクロール室22c、第二スクロール室23c、導入スクロール室23d内に凝縮された冷媒を加熱して蒸発させて自動的に室内から排除することができる。
According to the
この際、第一スクロール室22c、第二スクロール室23c、導入スクロール室23dの下方側が、オイルタンク13内に貯留される潤滑油LOの油面Lよりも下方に配されているので、加熱された潤滑油LOの熱をより好適に伝えることができる。
At this time, since the lower side of the
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記第実施形態においては、2つの圧縮段(第一圧縮段22及び第二圧縮段23)を備える構成について説明したが、これに限定されるものではなく、3つ以上の圧縮段を備える構成を採用しても良い。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the configuration including two compression stages (the
さらに、筐体11としてモータハウジング15と圧縮機ハウジング16とギアハウジング17とが各々区画形成されたターボ圧縮機について説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、モータが第一圧縮段と第二圧縮段の間に配置されるような構成のものでも良い。
Furthermore, although the turbo compressor in which the
1…ターボ冷凍機(冷凍機)
2…凝縮器
5…蒸発器
6…ターボ圧縮機
10…摺動部位
11…筐体
12…圧縮段
13…オイルタンク
22a…第一インペラ(インペラ)
22c…第一スクロール室(スクロール室)
23a…第二インペラ(インペラ)
23c…第二スクロール室(スクロール室)
23d…導入スクロール室(スクロール室)
25…回転軸(軸部)
30…ヒーター(加熱源)
LO…潤滑油
L…油面
1 ... Turbo refrigerator (refrigerator)
2 ... Condenser 5 ...
22c ... First scroll chamber (scroll chamber)
23a ... second impeller (impeller)
23c ... Second scroll chamber (scroll chamber)
23d ... Introduction scroll chamber (scroll chamber)
25 ... Rotating shaft (shaft)
30 ... Heater (heating source)
LO ... Lubricating oil L ... Oil level
Claims (3)
前記摺動部位に支持された軸部と接続されて軸線回りに回転されるインペラと、
該インペラに流体を導入する、又は、前記インペラの回転によって圧縮された流体を外部に導出すると共に前記筐体によって形成されたスクロール室を有する複数の圧縮段と、
前記摺動部位に供給する潤滑油が貯留されると共に当該潤滑油を加熱する加熱源が配され、前記筐体によって形成されたオイルタンクと、
を備え、
該オイルタンクの近傍に、前記スクロール室の少なくとも一部が配されていることを特徴とするターボ圧縮機。
A housing having a sliding portion;
An impeller connected to the shaft supported by the sliding portion and rotated about the axis;
A plurality of compression stages that introduce a fluid into the impeller, or lead the fluid compressed by the rotation of the impeller to the outside and have a scroll chamber formed by the housing;
An oil tank formed by the housing, in which the lubricating oil supplied to the sliding portion is stored and a heating source for heating the lubricating oil is disposed ,
With
A turbo compressor characterized in that at least a part of the scroll chamber is disposed in the vicinity of the oil tank.
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ターボ圧縮機と、
を備える冷凍機において、
前記ターボ圧縮機として、請求項1又は2に記載のターボ圧縮機を用いることを特徴とする冷凍機。 A condenser for cooling and liquefying the compressed refrigerant;
An evaporator that cools the object to be cooled by evaporating the liquefied refrigerant and taking heat of vaporization from the object to be cooled;
A turbo compressor that compresses the refrigerant evaporated in the evaporator and supplies the compressed refrigerant to the condenser;
A refrigerator comprising:
A refrigerator using the turbo compressor according to claim 1 or 2 as the turbo compressor.
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