JP7460705B2 - ターボ圧縮機、及びこれを備えているターボ冷凍機 - Google Patents
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Description
ターボ圧縮機1は、吸入した冷媒に羽根車の遠心力による運動エネルギーを付与することで、この冷媒を所定の高圧になるまで圧縮するとともに吐出する装置である。
ケーシング10は、ターボ圧縮機1の外殻を成している。ケーシング10は、ターボ圧縮機1を構成する各種装置を収容する。ケーシング10は、例えば、一方向に延びた状態で両端が閉塞された筒状を成している。
軸部11は、仮想軸線としての中心軸Oを中心に、この中心軸Oの延びる方向に延びる円筒状を成した回転軸である。以下、説明の便宜上、軸部11が中心とする中心軸Oの延びる方向を「軸線方向Da」と称する。この軸線方向Daは、ケーシング10が延びる方向である上記一方向に一致する。また、軸線方向Daの両側のうち、一方の側(図1中における右側)を単に「一方側Dar」と称し、その反対側(図1中における左側)を「他方側Dal」と称する。
電動モータ12は、電力が入力されることで発生する電磁力を利用して、軸部11を中心軸O回りに回転駆動する装置である。電動モータ12は、ケーシング10に収容されている。
電動モータ12は、モータロータ12aと、モータステータ12bとを有している。
羽根車13は、軸部11と共に回転することで、ターボ圧縮機1の外部から供給された気体状態の冷媒を圧縮するとともに、圧縮したこの冷媒を吐出する。羽根車13は、ケーシング10に収容されている。羽根車13は、電動モータ12よりも他方側Dalに配置されている。
第一インペラ131は、軸部11に固定された際に軸部11の周方向Dcに配列された複数のブレード(翼)から成る第一ブレード群131aと、この第一ブレード群131aを軸部11の外周側から覆った状態で第一ブレード群131aと共に圧縮通路を内側に形成する第一インペラケーシング131bとを有している。第一インペラケーシング131bには、外部からの冷媒を圧縮通路へ導入するための第一冷媒導入口と、圧縮した冷媒を圧縮通路から外部へ吐出するための第一冷媒吐出口とが形成されている。
第二インペラ132は、軸部11に固定された際に軸部11の周方向Dcに配列された複数のブレード(翼)から成る第二ブレード群132aと、この第二ブレード群132aを軸部11の外周側から覆った状態で第二ブレード群132aと共に圧縮通路を内側に形成する第二インペラケーシング132bとを有している。第二インペラケーシング132bには、外部からの冷媒を圧縮通路へ導入するための第二冷媒導入口と、圧縮した冷媒を圧縮通路から外部へ吐出するための第二冷媒吐出口とが形成されている。
磁気軸受14は、軸部11を磁気浮上させることによって、この軸部11を回転可能に支持するラジアル磁気軸受である。磁気軸受14は、ケーシング10に収容されている。
本実施形態における磁気軸受14は、軸線方向Daに互いに離間した状態で、電動モータ12を間に挟むように配置された第一磁気軸受14a及び第二磁気軸受14bによって構成されている。
変位センサ15は、磁気軸受14が駆動された際、径方向における軸部11と磁気軸受14との間に形成されるクリアランスの大きさを検出する。変位センサ15は、ケーシング10に収容されている。
ボックス16は、磁気軸受14を駆動する上記磁気軸受駆動基板18と、変位センサ15から受信した検出結果を処理する上記変位センサ用基板20とを収容する箱(筐体)である。図1及び図2に示すように、本実施形態におけるボックス16は、ケーシング10の外面10aに取り付けられている。
伝熱プレート17は、ボックス16に収容された磁気軸受駆動基板18を冷却するための金属板である。伝熱プレート17は、矩形を成した平板状に形成されている。伝熱プレート17は、ボックス16の開口部16aに隙間無く嵌っている。伝熱プレート17は、ボックス16の開口部16aに嵌ることで、このボックス16内を外部と気密に隔離された閉空間にする。以下、説明の便宜上、閉空間とされたボックス16内の空間を「収容空間R」と称する。
磁気軸受駆動基板18は、磁気軸受14(第一磁気軸受14a及び第二磁気軸受14b)に駆動用の電力を入力するための磁気軸受コントローラ用基板(MBC:Magnetic Bearing Controller)である。磁気軸受駆動基板18は、ボックス16に収容されている。すなわち、磁気軸受駆動基板18は、収容空間R内に配置されている。磁気軸受駆動基板18は、平板状を成している。磁気軸受駆動基板18は、伝熱プレート17に取り付けられている。
変位センサ用基板20は、変位センサ15(第一変位センサ15a及び第二変位センサ15b)から送信された検出結果(クリアランスの大きさ)を示す信号を受信するとともに、この検出結果を処理するための回路基板である。
冷却部19は、外部から冷媒が供給されることで、供給された冷媒の冷熱を伝熱プレート17に伝える。
図2に示すように、本実施形態における冷却部19は、流路部190と、伝熱プレート17に形成された溝部193とを有している。
流路部190は、ケーシング10の外部から導入された冷媒を流通させるとともに、この冷媒を上記溝部193へ導く第一流路部191と、溝部193から流れ出た冷媒を流通させるとともに、ケーシング10の外部へ導く第二流路部192とによって構成されている。
凝縮器2は、ターボ圧縮機1の羽根車13から吐出された気体状態の冷媒を受け入れるとともに、この冷媒を凝縮させる熱交換器である。図1に示すように、凝縮器2は、ターボ圧縮機1の外部に配置されている。
膨張弁3は、接続ライン7を流れる凝縮器2からの液体状態の冷媒を断熱膨張させることで、接続ライン7を流れる冷媒の圧力及び温度を低下させる。膨張弁3は、接続ライン7に設けられている。したがって、膨張弁3によって断熱膨張された冷媒は、接続ライン7を通じて蒸発器4に導かれる。なお、膨張弁3から蒸発器4に向かって接続ライン7を流れる冷媒は、液体状態である。
蒸発器4は、膨張弁3によって断熱膨張された液体状態の冷媒を受け入れて貯留するとともに、貯留したこの冷媒を蒸発させる熱交換器である。蒸発器4は、ターボ圧縮機1の外部に配置されている。
冷媒供給部5は、凝縮器2内に貯留された液体状態の冷媒の一部を冷却用の熱媒として取り出すとともに、ターボ圧縮機1に供給する。
第一導入ライン51は、凝縮器2とターボ圧縮機1のケーシング10とを互いに接続する管である。具体的には、第一導入ライン51の一端は、凝縮器2の冷媒導出口に接続されており、第一導入ライン51の他端は、ケーシング10に形成された冷媒導入口に接続されている。したがって、凝縮器2内に貯留された液体状態の冷媒は、この第一導入ライン51を通じてケーシング10の内部に向かって流れる。
第一調整弁52は、第一導入ライン51を流れる凝縮器2からの液体状態の冷媒を減圧させることで、第一導入ライン51を流れる冷媒の圧力及び温度を低下させる。本実施形態における第一調整弁52は、圧力調整弁である。第一調整弁52は、第一導入ライン51に設けられている。
第一排出ライン53は、ターボ圧縮機1のケーシング10と蒸発器4とを互いに接続する管である。具体的には、第一排出ライン53の一端は、ケーシング10に形成された冷媒排出口に接続されており、第一排出ライン53の他端は、蒸発器4の冷媒導入口に接続されている。
第二導入ライン54は、第一導入ライン51とターボ圧縮機1の冷却部19とを互いに接続する管である。具体的には、図1及び図2に示すように、第二導入ライン54の一端は、第一導入ライン51における第一調整弁52よりも凝縮器2側の部分に接続されている。第二導入ライン54の他端は、冷却部19における第一流路部191の上記一端に接続されている。凝縮器2内に貯留された液体状態の冷媒は、第一導入ライン51から分岐するように接続されたこの第二導入ライン54を通じて、第一流路部191に向かって流れる。
第二調整弁55は、第二導入ライン54を流れる液体状態の冷媒を減圧させることで、第二導入ライン54を流れる冷媒の圧力及び温度を低下させる。本実施形態における第二調整弁55は、圧力調整弁である。第二調整弁55は、第二導入ライン54に設けられている。
第二排出ライン56は、冷却部19の第二流路部192と蒸発器4とを互いに接続する管である。具体的には、第二排出ライン56の一端は、第二流路部192の上記一端に接続されており、第二排出ライン56の他端は、蒸発器4の冷媒導入口に接続されている。
磁気軸受14が駆動されて軸部11が磁気浮上された際、磁気軸受駆動基板18には大電流が流れる。磁気軸受14が駆動された際、磁気軸受駆動基板18は、高発熱部品となる。
以上、本開示の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は実施形態の構成に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内での構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。
また、冷却部19における溝部193は、伝熱プレート17に形成される構成に替えて、ケーシング10の外面10aから凹むようケーシング10に形成されてもよい。
実施形態に記載のターボ圧縮機、及びこれを備えているターボ冷凍機は、例えば以下のように把握される。
Claims (7)
- 羽根車と、
前記羽根車を回転させる軸部と、
前記軸部を回転駆動する電動モータと、
前記電動モータを収容するケーシングと、
前記軸部を支持する磁気軸受と、
一面が前記ケーシングの外面に取り付けられた伝熱プレートと、
前記伝熱プレートの前記一面とは反対側の他面に面接触している磁気軸受駆動基板と、
外部から冷媒が供給されることで、供給された前記冷媒の冷熱を前記伝熱プレートに伝える冷却部と、
を備え、
前記冷却部は、
前記ケーシングの外壁中に形成され、内部を前記冷媒が流通する流路部と、
前記流路部に接続され、前記伝熱プレートの前記一面から前記他面側に向かって凹むことで、前記ケーシングの外面と共に前記冷媒の流路を形成する溝部と、
を有するターボ圧縮機。 - 前記溝部は、前記伝熱プレートの前記一面に沿って蛇行するように延びている請求項1に記載のターボ圧縮機。
- 開口部が前記ケーシングの外面に対向した状態で前記磁気軸受駆動基板を収容するボックスを更に備え、
前記伝熱プレートは、前記ボックスの前記開口部に嵌ることで前記ボックス内を外部と気密に隔離された閉空間にし、
前記閉空間は、不活性ガスによって置換されている請求項1又は2に記載のターボ圧縮機。 - 前記軸部と前記磁気軸受との間のクリアランスの大きさを検出可能な変位センサと、
前記ボックスに収容され、前記変位センサによって検出された信号を処理する変位センサ用基板と、
を更に備える請求項3に記載のターボ圧縮機。 - 前記伝熱プレートは、アルミニウムを含む金属材料によって形成されている請求項1又は2に記載のターボ圧縮機。
- 請求項1又は2に記載のターボ圧縮機と、
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、
前記凝縮器で凝縮された前記冷媒を断熱膨張させる膨張弁と、
前記膨張弁で断熱膨張された前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記凝縮器で凝縮された前記冷媒を前記冷却部に導くことができる冷媒供給部と、
を備えるターボ冷凍機。 - 前記冷媒供給部は、
前記冷媒を前記冷却部に導く導入ラインと、
前記導入ラインに設けられ、該導入ライン内を流れる前記冷媒を減圧することで、前記冷却部に向かう前記冷媒を気液二相状態にする調整弁と、
を有する請求項6に記載のターボ冷凍機。
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