涡轮制冷机 |
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| 申请号 | CN201510118321.6 | 申请日 | 2015-03-18 | 公开(公告)号 | CN104949367A | 公开(公告)日 | 2015-09-30 |
| 申请人 | 荏原冷热系统株式会社; | 发明人 | 大塚晃一郎; 远藤哲也; 天野俊辅; | ||||
| 摘要 | 本 发明 的 涡轮 制冷机，能够在使回收的 润滑油 返回到 压缩机 的油箱时，防止存积于油箱内的润滑油的 温度 降低。涡轮制冷机具备： 蒸发 器 (3)，其从被冷却 流体 夺取热量而使制冷剂蒸发来发挥制冷效果；多级涡轮压缩机(1)，其利用多级 叶轮 对制冷剂进行压缩； 冷凝器 (2)，其利用冷却流体对压缩后的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝； 中间冷却器 亦即经济器(4)，其向多级涡轮压缩机(1)的多级压缩级的中间部分供给制冷剂气体，该制冷剂气体是使冷凝的制冷剂液的一部分蒸发而生成的；排出器(25)，其以制冷剂气体为驱动气体，对滞留于 蒸发器 (3)的包含油在内的制冷剂进行吸引并使其返回至多级涡轮压缩机(1)的油箱(16)；加热器(35)，其对包含油在内的制冷剂进行加热。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种涡轮制冷机，具备：蒸发器，其从被冷却流体夺取热量而使制冷剂蒸发来发挥制冷效果；多级涡轮压缩机，其利用多级叶轮对制冷剂进行压缩；冷凝器，其利用冷却流体对压缩后的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝；以及中间冷却器亦即经济器，其向所述多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分供给制冷剂气体，该制冷剂气体是使冷凝后的制冷剂液的一部分蒸发而生成的，所述涡轮制冷机的特征在于，具备： |
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| 说明书全文 | 涡轮制冷机技术领域背景技术[0002] 以往，制冷空调装置等所利用的涡轮制冷机，由封入了制冷剂的密闭系统构成，且构成为：将从冷水(被冷却流体)夺取热量以使制冷剂蒸发从而发挥制冷效果的蒸发器、对由上述蒸发器蒸发的制冷剂气体进行压缩以使其成为高压的制冷剂气体的压缩机、用冷却水(冷却流体)对高压的制冷剂气体进行冷却以使其冷凝的冷凝器、以及对上述冷凝后的制冷剂减压以使其膨胀的膨胀阀(膨胀机构)通过制冷剂配管连结。 [0003] 压缩机内置有：支承高速旋转体的轴承、和向高速旋转体传递转矩的增速机。由于在轴承以及增速机发出的热相当于机械损失，因此为了对上述轴承以及增速机进行润滑并且对轴承以及增速机进行冷却，需要向压缩机供给润滑油。因此在压缩机设置油箱，并利用油泵将油箱内的润滑油向轴承以及增速机供给。 [0004] 在润滑油的特性方面，若润滑油的温度较低，则制冷剂易溶解于润滑油，从而油泵有可能无法确保适当的油压。因此使用油加热器以将润滑油的温度维持在某一恒定的温度的方式进行控制，或者利用若降低压力则气化的制冷剂的性质，以使油箱内的压力与压缩机的吸入口的压力相等的方式，利用均压管将油箱内部与压缩机的吸入口连接。 [0006] 在使涡轮制冷机运转时，一部分润滑油经由高速旋转体的轴封机构、均压管而向制冷剂系统泄漏。若润滑油持续泄漏，则油箱内的润滑油会枯竭，从而无法使涡轮制冷机运转。因此使涡轮制冷机中压力最低的蒸发器的溶解于制冷剂的润滑油与制冷剂一起被回收，并返回至油箱内。 [0007] 然而，由于从蒸发器回收的包含润滑油在内的制冷剂的温度较低，因此在使回收的润滑油返回至油箱内时，油箱内的润滑油的温度会急剧降低，从而引起润滑油起泡(也被称为“发泡(foaming)”)。 发明内容[0008] 本发明是鉴于上述情况所做出的，目的在于提供一种涡轮制冷机，能够在使回收的润滑油返回至压缩机的油箱时，防止存积于油箱内的润滑油的温度降低。 [0009] 为了实现上述目的，本发明的一个方式的涡轮制冷机，具备：蒸发器，其从被冷却流体夺取热量而使制冷剂蒸发来发挥制冷效果；多级涡轮压缩机，其利用多级叶轮对制冷剂进行压缩；冷凝器，其利用冷却流体对压缩后的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝；以及中间冷却器亦即经济器，其向所述多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分供给制冷剂气体，该制冷剂气体是使冷凝后的制冷剂液的一部分蒸发而生成的，所述涡轮制冷机的特征在于，具备：排出器，其以制冷剂气体作为驱动气体，对滞留于所述蒸发器的包含油在内的制冷剂进行吸引并使其返回至所述多级涡轮压缩机的油箱；以及加热器，其对包含所述油在内的制冷剂进行加热。 [0010] 优选方式的特征在于，设置有油回收配管，该油回收配管将包含所述油在内的制冷剂从所述蒸发器移送至所述排出器，所述加热器对经过所述油回收配管的包含所述油在内的制冷剂进行加热。 [0011] 优选方式的特征在于，所述排出器与驱动气体供给配管连接，该驱动气体供给配管用于将被所述多级涡轮压缩机压缩后的制冷剂气体作为所述驱动气体而向所述排出器引导。 [0013] 优选方式的特征在于，所述加热器是电加热器。 [0014] 优选方式的特征在于，所述加热器设置于将所述冷凝器与所述经济器连接的制冷剂配管，所述加热器是在包含所述油在内的制冷剂、与经过所述制冷剂配管的制冷剂液之间进行热交换的热交换器。 [0015] 优选方式的特征在于，所述加热器设置于将所述经济器与所述蒸发器连接的制冷剂配管，所述加热器是在包含所述油在内的制冷剂、与经过所述制冷剂配管的制冷剂之间进行热交换的热交换器。 [0016] 优选方式的特征在于，所述排出器与驱动气体供给配管连接，该驱动气体供给配管用于将由所述经济器生成的制冷剂气体作为所述驱动气体而向所述排出器引导。 [0017] 优选方式的特征在于，所述加热器是在包含所述油在内的制冷剂、与经过所述驱动气体供给配管的所述制冷剂气体之间进行热交换的热交换器。 [0018] 根据本发明，能够得到以下所列举的效果。 [0019] (1)由于从蒸发器取出的包含油在内的制冷剂液被加热器加热，因此能够防止存积于油箱的油的温度降低。 [0020] (2)由于对回收的制冷剂进行加热并使其气化，从而能够使油浓缩并返回至油箱。 [0022] 图1是表示本发明的涡轮制冷机的第一实施方式的示意图。 [0023] 图2是表示本发明的涡轮制冷机的第二实施方式的示意图。 [0024] 图3是表示本发明的涡轮制冷机的第三实施方式的示意图。 [0025] 图4是表示本发明的涡轮制冷机的第四实施方式的示意图。 [0026] 图5是表示本发明的涡轮制冷机的第五实施方式的示意图。 [0027] 附图标记说明：1…涡轮压缩机；2…冷凝器；3…蒸发器；4…经济器；5…制冷剂配管；11…第一级叶轮；12…第二级叶轮；13…压缩机马达；14…第一级吸入叶片；15…齿轮箱；16…油箱；17…均压管；20、21…膨胀阀；25…排出器；27…油回收配管；28…驱动气体供给配管；31…混合流体回收配管；35…加热器(热交换器)。 具体实施方式[0028] 以下，参照图1至图5对本发明的涡轮制冷机的实施方式进行说明。在图1至图5中，对相同或相当的构成要素，标注相同的附图标记并省略重复的说明。 [0029] 图1是表示本发明的涡轮制冷机的第一实施方式的示意图。如图1所示，涡轮制冷机具备：涡轮压缩机1，其对制冷剂进行压缩；冷凝器2，其利用冷却水(冷却流体)对压缩后的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝；蒸发器3，其从冷水(被冷却流体)夺取热量而使制冷剂蒸发来发挥制冷效果；以及中间冷却器亦即经济器4，其配置在冷凝器2与蒸发器3之间。 [0030] 涡轮压缩机1、冷凝器2、经济器4以及蒸发器3，由供制冷剂循环的制冷剂配管5A、5B、5C、5D连结。更具体而言，涡轮压缩机1与冷凝器2由制冷剂配管5A连结，冷凝器2与经济器4由制冷剂配管5B连结，经济器4与蒸发器3由制冷剂配管5C连结，蒸发器3与涡轮压缩机1由制冷剂配管5D连结。在制冷剂配管5B以及制冷剂配管5C分别设置有膨胀阀20、21。 [0031] 在图1表示的实施方式中，涡轮压缩机1由多级涡轮压缩机构成。即，多级涡轮压缩机由二级涡轮压缩机构成，并且构成为包括：第一级叶轮11、第二级叶轮12、以及使第一级叶轮11、第二级叶轮12旋转的压缩机马达13。在第一级叶轮11的吸入侧设置有吸入叶片14，该吸入叶片14对制冷剂气体向叶轮11、12吸入的流量进行调整。 [0032] 涡轮压缩机1具备收容轴承、增速机的齿轮箱15，在齿轮箱15的下部设置有用于向轴承与增速机供油的油箱16。齿轮箱15通过均压管17而与涡轮压缩机1的吸入部连通。涡轮压缩机1通过制冷剂配管8而与经济器4连接，在经济器4中分离出的制冷剂气体，被导入到涡轮压缩机1的多级压缩级(在本例中为二级)的中间部分(在本例中为第一级叶轮11与第二级叶轮12之间的部分)。 [0033] 在如图1所示构成的涡轮制冷机的制冷循环中，使制冷剂在涡轮压缩机1、冷凝器2、经济器4以及蒸发器3中循环，利用在蒸发器3中得到的冷热源来制造冷水并与负荷对应，并且将在制冷循环内获取的来自蒸发器3的热量以及从马达13供给的与涡轮压缩机1的功相当的热量，排出至向冷凝器2供给的冷却水。另一方面，在经济器中4分离出的制冷剂气体，被导入到涡轮压缩机1的多级压缩级的中间部分，并与来自第一级叶轮11的制冷剂气体合流而被第二级叶轮12压缩。根据二级压缩单级经济器循环，附加经济器4带来的制冷效果，因此该部分相应地增加制冷效果，并且与未设置经济器4的情况相比，能够实现制冷效果的高效率化。 [0034] 涡轮压缩机1中所使用的润滑油，经过轴封机构(未图示)以及均压管17而略微泄漏于制冷剂系统，并溶解于制冷剂。泄漏的润滑油存积在压力最低的蒸发器3内的液相的制冷剂中。因此为了从蒸发器3回收制冷剂所包含的润滑油，而设置有排出器25。该排出器25是制冷剂泵，其以制冷剂气体作为驱动气体进行动作，并吸引滞留于蒸发器3的包含润滑油在内的制冷剂，并且使其返回至油箱16。蒸发器3经过油回收配管27而与排出器25连接。若排出器25进行动作，则包含润滑油在内的制冷剂，经过油回收配管27而被移送至排出器25。 [0035] 排出器25使用制冷剂气体作为驱动气体来进行动作。在第一实施方式中，被涡轮压缩机1压缩后的制冷剂气体作为排出器25的驱动气体来使用。如图1所示，从将涡轮压缩机1与冷凝器2连接的制冷剂配管5A分支出驱动气体供给配管28。该驱动气体供给配管28连接于排出器25。更具体而言，驱动气体供给配管28的一端与制冷剂配管5A连接，驱动气体供给配管28的另一端与排出器25的驱动气体入口连接。被涡轮压缩机1压缩后的制冷剂气体，经过驱动气体供给配管28而被导入排出器25。排出器25的排出口通过混合流体回收配管31而与涡轮压缩机1的油箱16连接。 [0036] 在油回收配管27设置有加热器35，用于对包含润滑油在内的制冷剂液进行加热。驱动气体供给配管28通过加热器35而延伸。该加热器35是在经过油回收配管27的包含润滑油在内的制冷剂、与经过驱动气体供给配管28的制冷剂气体之间进行热交换的热交换器。在本实施方式中，将加热器35称为热交换器。被涡轮压缩机1压缩后的高压的制冷剂气体经过热交换器35，之后作为驱动气体被导入到排出器25。由于高压的制冷剂气体通过排出器25，从而在排出器25内形成负压，由此蒸发器3内的包含润滑油在内的制冷剂液被吸引至排出器25。包含润滑油在内的制冷剂液经过油回收配管27，首先被导入热交换器 35，并且被通过驱动气体供给配管28的制冷剂气体(驱动气体)加热。其结果使制冷剂液气化，另一方面，润滑油保持液相的状态不变。加热后的润滑油以及气化后的制冷剂(即制冷剂气体)，经过油回收配管27而被导入排出器25。 [0037] 加热后的润滑油以及制冷剂气体，在排出器25内与制冷剂气体(驱动气体)混合，并通过混合流体回收配管31而被移送至涡轮压缩机1的油箱16。这样，从蒸发器3回收的润滑油以及制冷剂，被热交换器(加热器)35加热，因此不会使存积于油箱16的润滑油的温度降低。而且，通过对回收的制冷剂进行加热并使其气化，从而能够使润滑油浓缩并返回至油箱16。此外，由于将存积于油箱16的润滑油的温度维持为高温，所以制冷剂不溶解于润滑油。因此能够防止润滑油发生起泡现象(发泡)、或油压降低。 [0038] 图2是表示本发明的涡轮制冷机的第二实施方式的示意图。未特别说明的第二实施方式的结构以及动作，与上述第一实施方式相同，因此省略其重复的说明。在第二实施方式中，驱动气体供给配管28从将经济器4与涡轮压缩机1连接的制冷剂配管8分支。经济器4使从冷凝器2送出的制冷剂液的一部分蒸发而生成制冷剂气体，并使该制冷剂气体经过制冷剂配管8而导入到涡轮压缩机1的第一级叶轮11与第二级叶轮12之间的部分。 [0039] 在本实施方式中，经过制冷剂配管8的制冷剂气体，作为排出器25的驱动气体而使用。驱动气体供给配管28从制冷剂配管8经过热交换器35而延伸至排出器25。在经济器4中气化的制冷剂气体为温度比蒸发器3内的润滑油以及制冷剂液高的高温。因此，在热交换器35中，经过油回收配管27的润滑油以及制冷剂液，被经过驱动气体供给配管28的制冷剂气体(驱动气体)加热，从而制冷剂液被气化。加热后的润滑油以及气化后的制冷剂(即制冷剂气体)，经过油回收配管27而被导入排出器25。加热后的润滑油以及制冷剂气体，在排出器25内与制冷剂气体(驱动气体)混合，并通过混合流体回收配管31而被移送至涡轮压缩机1的油箱16。 [0040] 图3是表示本发明的涡轮制冷机的第三实施方式的示意图。未特别说明的第三实施方式的结构以及动作，与上述第一实施方式相同，因此省略其重复的说明。在第三实施方式中，加热器35由具备电热丝35a的电加热器构成。该加热器35设置于油回收配管27，并且对经过油回收配管27的包含润滑油在内的制冷剂进行冷却。在本第三实施方式中，驱动气体供给配管28不经过加热器35，而是从制冷剂配管5A延伸至排出器25。 [0041] 经过油回收配管27的润滑油以及制冷剂液，被加热器35加热，从而制冷剂液被气化。加热后的润滑油以及气化后的制冷剂(即制冷剂气体)，经过油回收配管27而被导入排出器25。加热后的润滑油以及制冷剂气体在排出器25内与制冷剂气体(驱动气体)混合，并通过混合流体回收配管31而被移送至涡轮压缩机1的油箱16。 [0042] 图4是表示本发明的涡轮制冷机的第四实施方式的示意图。未特别说明的第四实施方式的结构以及动作，与上述第一实施方式相同，因此省略其重复的说明。在第四实施方式中，作为加热器的热交换器35设置于将冷凝器2与经济器4连接的制冷剂配管5B。热交换器35在经过油回收配管27的包含润滑油在内的制冷剂液、与经过制冷剂配管5B的制冷剂液之间进行热交换。 [0043] 在热交换器35中，经过油回收配管27的润滑油以及制冷剂液，被在冷凝器2液化的制冷剂液加热，从而油回收配管27内的制冷剂液被气化。加热后的润滑油以及气化后的制冷剂(即制冷剂气体)，经过油回收配管27而被导入到排出器25。加热后的润滑油以及制冷剂气体，在排出器25内与制冷剂气体(驱动气体)混合，并通过混合流体回收配管31而被移送至涡轮压缩机1的油箱16。 [0044] 图5是表示本发明的涡轮制冷机的第五实施方式的示意图。未特别说明的第五实施方式的结构以及动作，与上述第一实施方式相同，因此省略其重复的说明。在第五实施方式中，作为加热器的热交换器35，设置于将经济器4与蒸发器3连接的制冷剂配管5C。热交换器35在经过油回收配管27的包含润滑油在内的制冷剂液、与经过制冷剂配管5C的制冷剂之间进行热交换。 [0045] 在热交换器35中，经过油回收配管27的润滑油以及制冷剂液，被经过经济器4后的制冷剂加热，从而油回收配管27内的制冷剂液被气化。加热后的润滑油以及气化后的制冷剂(即制冷剂气体)，经过油回收配管27而被导入排出器25。加热后的润滑油以及制冷剂气体，在排出器25内与制冷剂气体(驱动气体)混合，并通过混合流体回收配管31而被移送至涡轮压缩机1的油箱16。在本实施方式中，对经过经济器4后的制冷剂进行过冷却，从而能够降低利用膨胀阀21进行减压时制冷剂的干燥度，由此提高蒸发器3作为热交换器35的性能。 [0046] 根据上述本发明的实施方式，能够得到以下所列举的效果。 [0047] (1)由于从蒸发器取出的包含油在内的制冷剂液被加热器加热，因此能够防止存积于油箱的油的温度降低。 [0048] (2)通过对回收的制冷剂进行加热并使其气化，从而能够使油浓缩并返回至油箱。 [0049] (3)由于制冷剂不溶解于存积在油箱中的油，因此能够防止发泡的产生、或油压降低。 [0050] 至此，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，在其技术思想的范围内，当然可以以各种不同的方式来实施。 |
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