CN101504015B - 涡轮压缩机和制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涡轮压缩机和制冷机。涡轮压缩机具备叶轮和扩压器的压缩机构相对于流体的流动串行地配置多级，利用多个上述压缩机构能够依次压缩上述流体，并且能够将被最终级的压缩机构压缩的上述流体供给至冷凝器，其中，至少上述最终级的压缩机构的上述扩压器是不具备使该扩压器中的上述流体的旋转速度降低的扩压器叶片的无叶扩压器。根据该涡轮压缩机，能够降低由于扩压器叶片与冷媒碰撞而产生的流体紊乱传递至冷凝器所引起的噪音。

Description

涡轮压缩机和制冷机

技术领域

本发明涉及一种能够利用多个叶轮压缩流体的涡轮压缩机和具备该涡轮压缩机的制冷机。

本申请基于2008年2月6日在日本申请的特愿2008-27067号主张优先权，并在此援引其内容。

背景技术

作为将水等冷却对象物冷却或冷冻的制冷机，已知具备借助叶轮压缩并排出冷媒的涡轮压缩机的涡轮制冷机等。

在压缩机中，如果压缩比增大，则压缩机的排出温度升高，容积效率降低。于是，在如上所述的涡轮制冷机等所具备的涡轮压缩机中，有时分级进行冷媒的压缩。例如在日本特开2007-177695号公报中，公开了具备两个具备叶轮和扩压器的压缩级并在这些压缩级中依次压缩冷媒的涡轮压缩机。

但是，在使用有叶扩压器的情况下，由于在冷媒的流动中配置扩压器叶片，所以冷媒与扩压器叶片碰撞，而导致在扩压器叶片的出口沿周向产生流动的不均，从而发生略微的流体紊乱。

涡轮制冷机上设置的涡轮压缩机与将压缩后的冷媒冷却液化的冷凝器连接。因此，由于冷媒与扩压器叶片碰撞而产生的流体的紊乱传递至冷凝器。

另外，由于作为气体流入的冷媒在冷凝器中液化，所以在冷凝器的内部存在作为气体的冷媒充满的较大空间，所以传递至冷凝器的流体紊乱产生回声，从而发出噪音。

这样，在涡轮制冷机中存在由于冷媒与扩压器叶片碰撞而产生的流体紊乱传递至冷凝器，从而引起噪音的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述的问题而完成的，其目的在于在与冷凝器连结的涡轮压缩机中降低噪音。

为了达到上述目的，在本发明的涡轮压缩机中采用以下的手段。即，一种涡轮压缩机，具备叶轮和扩压器的压缩机构相对于流体的流动串行地配置多级，利用多个上述压缩机构能够依次压缩上述流体，并且能够将被最终级的压缩机构压缩的上述流体供给至冷凝器，其中，至少上述最终级的压缩机构的上述扩压器是不具备使扩压器中的上述流体的旋转速度降低的扩压器叶片的无叶扩压器。

根据具有这样的特征的本发明的涡轮压缩机，最终级的压缩机构的扩压器是无叶扩压器。因此，在最终级的压缩机构中防止了由于扩压器叶片与流体碰撞而产生的流体紊乱发生。

另外，在本发明的涡轮压缩机中采用以下构成：该涡轮压缩机具备能够将上述流体从最终级的上述压缩机构前一级的上述压缩机构直接供给到上述冷凝器的旁通流路，与旁通流路连接的上述压缩机构的上述扩压器是上述无叶扩压器。

另外，在本发明的涡轮压缩机中采用以下构成：上述压缩机构中不向上述冷凝器直接供给上述流体的压缩机构的上述扩压器是具备使扩压器中的上述流体的旋转速度降低的扩压器叶片的有叶扩压器。

接下来，本发明的制冷机涉及这样的制冷机：具备将压缩后的冷媒冷却液化的冷凝器、使液化了的上述冷媒蒸发并从冷却对象物夺去气化热从而将上述冷却对象物冷却的蒸发器、和将由上述蒸发器蒸发了的上述冷媒压缩并供给至上述冷凝器的压缩机。该制冷机具备本发明的涡轮压缩机作为上述压缩机。

根据具有这样的特征的本发明的制冷机，与本发明的涡轮压缩机相同，在涡轮压缩机所具备的最终级的压缩机构中，防止了由于扩压器叶片与流体碰撞而产生的流体紊乱发生。

根据本发明，在涡轮压缩机所具备的最终级的压缩机构中，防止了由于扩压器叶片与流体碰撞而产生的流体紊乱发生。因此能够防止上述流体的紊乱从最终级的压缩机构传递至冷凝器，从而防止在冷凝器中产生回声而发出噪音。

因此，根据本发明，能够降低与冷凝器连结的涡轮压缩机中的噪音。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的涡轮制冷机的概略构成的方框图。

图2是本发明的第1实施方式的涡轮制冷机所具备的涡轮压缩机的水平剖视图。

图3是本发明的第1实施方式的涡轮制冷机所具备的涡轮压缩机的垂直剖视图。

图4是图3的要部放大图。

图5是表示本发明的第2实施方式的涡轮制冷机的概略构成的方框图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的涡轮压缩机和制冷机的一个实施方式。此外在以下的附图中，为了使各部件为能识别的大小，适当地变更了各部件的比例尺。

(第1实施方式)

图1是表示本实施方式的涡轮制冷机S1(制冷机)的概略构成的方框图。

本实施方式的涡轮制冷机S1设置在大厦或工厂中，例如用来生成空调用的冷却水，如图1所示，涡轮制冷机S1具备冷凝器1、节能器2、蒸发器3和涡轮压缩机4。

以气体状态被压缩的作为冷媒(流体)的压缩冷媒气体X1供给到冷凝器1，通过将该压缩冷媒气体X1冷却液化而成为冷媒液X2。如图1所示，该冷凝器1经由压缩冷媒气体X1流经的流路R1与涡轮压缩机4连接，并经由冷媒液X2流经的流路R2与节能器2连接。此外，在流路R2上设置有用于对冷媒液X2进行减压的膨胀阀5。

节能器2临时贮留由膨胀阀5减压后的冷媒液X2。该节能器2经由冷媒液X2流经的流路R3与蒸发器3连接，并经由利用节能器2产生的冷媒的气相成分X3流经的流路R4与涡轮压缩机4连接。此外，流路R3设置有用于对冷媒液X2进一步进行减压的膨胀阀6。此外，流路R4与涡轮压缩机4连接，以将气相成分X3供给涡轮压缩机4所具备的后述的第2压缩级22。

蒸发器3通过使冷媒液X2蒸发并从水等冷却对象物夺去气化热来对冷却对象物进行冷却。该蒸发器3经由冷媒液X2蒸发而产生的冷媒气体X4所流经的流路R5与涡轮压缩机4连接。此外，流路R5与涡轮压缩机4所具备的后述的第1压缩级21连接。

涡轮压缩机4将冷媒气体X4压缩成上述压缩冷媒气体X1。

该涡轮压缩机4如上所述经由压缩冷媒气体X1流经的流路R1与冷凝器1连接，并经由冷媒气体X4流经的流路R5与蒸发器3连接。

在这样构成的涡轮制冷机S1中，经由流路R1供给到冷凝器1的压缩冷媒气体X1被冷凝器1液化冷却而成为冷媒液X2。

冷媒液X2在经由流路R2供给节能器2时被膨胀阀5减压，在减压的状态下临时贮留在节能器2中，然后在经由流路R3供给蒸发器3时被膨胀阀6进一步减压，并以被进一步减压的状态供给蒸发器3。

供给到蒸发器3的冷媒液X2被蒸发器3蒸发而成为冷媒气体X4，并经由流路R5供给涡轮压缩机4。

供给到涡轮压缩机4的冷媒气体X4被涡轮压缩机4压缩而成为压缩冷媒气体X1，并再次经由流路R1供给至冷凝器1。

此外，在冷媒液X2贮留在节能器2中时产生的冷媒的气相成分X3经由流路R4供给至涡轮压缩机4，与冷媒气体X4一起被压缩，并作为压缩冷媒气体X1经由流路R1供给至冷凝器1。

另外，在这样的涡轮制冷机S1中，在利用蒸发器3使冷媒液X2蒸发时，通过从冷却对象物夺去气化热，来进行冷却对象物的冷却或冷冻。

接下来更详细地说明本实施方式的特征部分即上述涡轮压缩机4。图2是涡轮压缩机4的水平剖视图。另外图3是涡轮压缩机4的垂直剖视图。另外图4是涡轮压缩机4所具备的压缩机单元20放大了的垂直剖视图。

如这些图所示，本实施方式的涡轮压缩机4具备马达单元10、压缩机单元20和齿轮单元30。

马达单元10具备具有输出轴11并且用于驱动压缩机单元20的成为驱动源的马达12、和包围马达12并且支承上述马达12的马达壳体13。

此外，马达12的输出轴11被固定在马达壳体13上的第1轴承14和第2轴承15支承成能旋转。

此外马达壳体13具备支承涡轮压缩机4的脚部13a。

另外，脚部13a的内部成为中空，用作回收并且贮留供给到涡轮压缩机4的滑动部位的润滑油的油箱40。

压缩单元20具备吸入并压缩冷媒气体X4(参照图1)的第1压缩级21(压缩机构)、和对被第1压缩级21压缩后的冷媒气体X4进行进一步压缩并将其作为压缩冷媒气体X1(参照图1)排出的第2压缩级22(压缩机构)。

如图4所示，第1压缩级21具备第1叶轮21a(叶轮)、第1扩压器21b(扩压器)、第1涡旋室21c和吸入口21d。第1叶轮21a对从轴向供给的冷媒气体X4作用动能，并将其沿径向排出。第1扩压器21b将第1叶轮21a作用于冷媒气体X4的动能转换为压力能从而将其压缩。第1涡旋室21c将被第1扩压器21b压缩的冷媒气体X4导出到第1压缩级21的外部。吸入口21d将冷媒气体X4吸入并供给到第1叶轮21a。

此外，第1扩压器21b、第1涡旋室21c和吸入口21d的一部分通过包围第1叶轮21a的第1壳体21e形成。

第1叶轮21a固定在旋转轴23上，旋转动力从马达12的输出轴11传递至旋转轴23从而使其旋转，由此驱动第1叶轮21a旋转。

第1扩压器21b环状地配置在第1叶轮21a的周围。另外，在本实施方式的涡轮压缩机4中，第1扩压器21b是具备多个扩压器叶片21f的有叶扩压器，该扩压器叶片21f使第1扩压器21b中的冷媒气体X4的旋转速度降低并将动能有效地转换为压力能。

此外，在第1压缩级21的吸入口21d上设置有多个用于调节第1压缩级21的吸入容量的入口导向叶片21g。

各入口导向叶片21g能够借助固定在第1壳体21e上的驱动机构21h旋转，从而能够改变从冷媒气体X4的流动方向观察的外观上的面积。

如图5所示，第2压缩级22具备第2叶轮22a(叶轮)、第2扩压器22b(扩压器)、第2涡旋室22c和导入涡旋室22d。第2叶轮22a对被第1压缩级21压缩并从轴向供给的冷媒气体X4作用动能，并将其沿径向排出。第2扩压器22b将第2叶轮22a作用于冷媒气体X4的动能转换为压力能从而将其压缩，并作为压缩冷媒气体X1排出。第2涡旋室22c将从第2扩压器22b排出的压缩冷媒气体X1导出到第2压缩级22的外部。导入涡旋室22d将被第1压缩级21压缩的冷媒气体X4引导至第2叶轮22a。

此外，第2扩压器22b、第2涡旋室22c和导入涡旋室22d的一部分通过包围第2叶轮22a的第2壳体22e形成。

第2叶轮22a以与第1叶轮21a背对背的方式固定在上述旋转轴23上，旋转动力从马达12的输出轴11传递至旋转轴23从而使其旋转，由此驱动第2叶轮22a旋转。

第2扩压器22b环状地配置在第2叶轮22a的周围。另外，在本实施方式的涡轮压缩机4中，第2扩压器22b是不具备使第2扩压器22b中的冷媒气体X4的旋转速度降低并将动能有效地转换为压力能的扩压器叶片的无叶扩压器。

第2涡旋室22c与用于将压缩冷媒气体X1供给至冷凝器1的流路R1连接，将从第2压缩级22导出的压缩冷媒气体X1供给到流路R1。

此外，第1压缩级21的第1涡旋室21c和第2压缩级22的导入涡旋室22d经由与第1压缩级21和第2压缩级22分体设置的外部配管(未图示)连接，被第1压缩级21压缩的冷媒气体X4经由该外部配管供给至第2压缩级22。在该外部配管上连接有上述的流路R4(参照图1)，由节能器2产生的冷媒的气相成分X3经由外部配管供给至第2压缩级22。

此外，旋转轴23被第3轴承24和第4轴承25支承成能旋转，所述第3轴承24在第1压缩级21和第2压缩级22之间的空间50中固定在第2压缩级22的第2壳体22e上，所述第4轴承25在马达单元10侧固定在第2壳体22e上。

齿轮单元30用于将马达12的输出轴11的旋转动力传递至旋转轴23，并收纳在通过马达单元10的马达壳体13和压缩机单元20的第2壳体22e形成的空间60中。

该齿轮单元30通过固定在马达12的输出轴11上的大径齿轮31、和固定在旋转轴23上并且与大径齿轮31啮合的小径齿轮32构成。齿轮单元30将马达12的输出轴11的旋转动力传递至旋转轴23，以便相对于输出轴11的转速增加旋转轴23的转速。

另外，涡轮压缩机4具备润滑油供给装置70，该润滑油供给装置70将贮留在油箱40中的润滑油供给到轴承(第1轴承14、第2轴承15、第3轴承24、第4轴承25)、叶轮(第1叶轮21a、第2叶轮22a)和壳体(第1壳体21e、第2壳体22e)之间、以及齿轮单元30等的滑动部位。此外，在附图中润滑油供给装置70仅图示了一部分。

此外，配置第3轴承24的空间50和收纳齿轮单元30的空间60通过形成在第2壳体22e上的贯通孔80连接，进而连接空间60和油箱40。因此，供给到空间50、60并从滑动部位流下的润滑油回收在油箱40中。

接下来说明这样构成的本实施方式的涡轮压缩机4的动作。

首先，利用润滑油供给装置70从油箱40对涡轮压缩机4的滑动部位供给润滑油，然后驱动马达12。接着，马达12的输出轴11的旋转动力经由齿轮单元30传递至旋转轴23，从而驱动压缩机单元20的第1叶轮21a和第2叶轮22a旋转。

当驱动第1叶轮21a旋转时，第1压缩级21的吸入口21d成为负压状态，来自流路R5的冷媒气体X4经由吸入口21d流入第1压缩级21。

流入到第1压缩级21内部的冷媒气体X4从轴向流入第1叶轮21a，被第1叶轮21a作用动能并沿径向排出。

从第1叶轮21a排出的冷媒气体X4通过第1扩压器21b将动能转换为压力能而被压缩。在此，在实施方式的涡轮压缩机4中，由于第1扩压器21b是有叶扩压器，所以由于冷媒气体X4与扩压器叶片21f碰撞而使冷媒气体X4的旋转速度急剧降低，从而以高效率将动能转换为压力能。

从第1扩压器21b排出的冷媒气体X4经由第1涡旋室21c导出到第1压缩级21的外部。

然后，导出到第1压缩级21外部的冷媒气体X4经由外部配管供给到第2压缩级22。

供给到第2压缩级22的冷媒气体X4经由导入涡旋室22d从轴向流入第2叶轮22a，被第2叶轮22a作用动能并沿径向排出。

从第2叶轮22a排出的冷媒气体X4通过第2扩压器22b将动能转换为压力能而进一步被压缩成压缩冷媒气体X1。在此，在本实施方式的涡轮压缩机4中，由于第2扩压器22b是无叶扩压器，所以不会发生由于冷媒气体X4与扩压器叶片碰撞而产生的流体的紊乱。

从第2扩压器22b排出的压缩冷媒气体X1经由第2涡旋室22c导出到第2压缩级22的外部。

然后，导出到第2压缩级22外部的压缩冷媒气体X1经由流路R1供给到冷凝器1。在此，在本实施方式的涡轮压缩机4中，由于在第2扩压器22b中不会发生由于冷媒气体X4与扩压器叶片碰撞而产生的流体的紊乱，所以流体的紊乱不会传递至冷凝器1。由此能够防止流体紊乱在冷凝器1的内部产生回声而发出噪音。

在以上的本实施方式的涡轮压缩机4中，第1压缩级21和第2压缩级22相对于冷媒的流动串行地配置。此外，利用这些第1压缩级21和第2压缩级22能够依次压缩冷媒，并且能够将被作为最终级的压缩级的第2压缩级22压缩的冷媒即压缩冷媒气体X1供给至冷凝器1。

另外，根据本实施方式的涡轮压缩机4，在涡轮压缩机4所具备的作为最终级的压缩级的第2压缩级22中，防止了由于扩压器叶片与冷媒碰撞而产生的流体紊乱发生。因此，能够防止上述流体紊乱从第2压缩级22传递至冷凝器1，从而防止在冷凝器1中因回声发出噪音。

因此，根据本实施方式的涡轮压缩机4，能够降低噪音。

此外，本实施方式的涡轮压缩机4采用两个压缩级21、22中、作为不直接对冷凝器1供给冷媒的压缩级的第1压缩级21的扩压器(第1扩压器21b)是有叶扩压器的构成。

根据采用这样的构成的本实施方式的涡轮压缩机4，在第1扩压器21b中能够有效地将动能转换为压力能，所以能够降低上述噪音并且实现涡轮压缩机的高效率化。

另外，本实施方式的涡轮制冷机S1具备如上所述的降低噪音的涡轮压缩机4。

因此，根据本实施方式的涡轮制冷机S1，能够降低噪音。

(第2实施方式)

接下来说明本发明的第2实施方式。此外，在本第2实施方式的说明中，关于与上述第1实施方式相同的部分省略或简化其说明。

图5是表示本实施方式的涡轮制冷机S2(制冷机)的概略构成的方框图。

如该图所示，本实施方式的涡轮制冷机S2的涡轮压缩机4具备第1压缩级100、第2压缩级200、第3压缩级300和第4压缩级400共计四个压缩级。

此外，压缩冷媒气体X1所流经的流路R1与最终级的第4压缩级400连接。

此外，在本实施方式的涡轮压缩机4中设置有能开闭的旁通流路R6，该旁通流路R6能够将冷媒从作为最终级的压缩级的第4压缩级400的前一级的压缩级即第3压缩级300直接供给到冷凝器1。

另外，第3压缩级300所具备的扩压器和第4压缩级400所具备的扩压器是无叶扩压器，第1压缩级100所具备的扩压器和第2压缩级200所具备的扩压器是有叶扩压器。

在这样的本实施方式的涡轮压缩机4中，从第4压缩级400排出的压缩冷媒气体X1经由流路R1供给至冷凝器1，并且压缩冷媒气体(被第1压缩级100、第2压缩级200和第3压缩级300压缩后的冷媒气体)根据需要从第3压缩级300经由旁通流路R6供给至冷凝器1。

另外，在本实施方式的涡轮压缩机4中，由于能够直接将冷媒供给冷凝器1的第3压缩级300和第4压缩级400的扩压器是无叶扩压器，所以防止了由于冷媒与扩压器叶片碰撞而产生的流体紊乱传递至冷凝器1。

因此，根据本实施方式的涡轮制冷机S2和涡轮压缩机4，能够降低噪音。

此外，在本实施方式的涡轮压缩机4中采用作为不直接对冷凝器1供给冷媒的压缩级的第1压缩级100的扩压器和第2压缩级200的扩压器是有叶扩压器的构成。

根据采用这样的构成的本实施方式的涡轮压缩机4，在第1压缩级100和第2压缩级200中能够有效地将动能转换为压力能，所以能够降低上述噪音并且实现涡轮压缩机的高效率化。

以上参照附图说明了本发明的涡轮压缩机和制冷机的优选实施方式，但是本发明当然不限于上述实施方式，而仅由附上的权利要求书限定。上述的实施方式中表示的各构成部件的各形状和组合等是一个示例，能够根据设计要求等在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。

例如，在上述第1实施方式中关于具备两个压缩级(第1压缩级21和第2压缩级22)的构成进行了说明，在上述第2实施方式中关于具备四个压缩级(第1压缩级100、第2压缩级200、第3压缩级300和第4压缩级400)的构成进行了说明。

但是，本发明不限于此，也可以采用具备三个压缩级或五个以上压缩级的构成。

此外，在上述实施方式中说明了不直接对冷凝器1供给冷媒的压缩级所具备的扩压器是有叶扩压器的构成。

但是，本发明不限于此，不直接对冷凝器供给冷媒的压缩级所具备的扩压器也可以是无叶扩压器。

此外，在上述实施方式中说明了涡轮制冷机设置在大厦或工厂中以生成空调用的冷却水的情况。

但是，本发明不限于此，也可以应用于家庭用或商用的冷藏机或冷冻机、或者家庭用的空调装置。

此外，在上述第1实施方式中说明了第1压缩级21所具备的第1叶轮21a和第2压缩级22所具备的第2叶轮22a背对背的构成。

但是，本发明不限于此，也可以构成为第1压缩级21所具备的第1叶轮21a的背面和第2压缩级22所具备的第2叶轮22a的背面朝向同一方向。

此外，在上述第1实施方式中说明了分别设置有马达单元10、压缩单元20和齿轮单元30的涡轮压缩机。

但是，本发明不限于此，例如也可以采用马达配置在第1压缩级和第2压缩级之间的构成。

Claims (3)

1.一种涡轮压缩机，具备叶轮和扩压器的压缩机构相对于流体的流动串行地配置多级，利用多个上述压缩机构能够依次压缩上述流体，并且能够将被最终级的压缩机构压缩的上述流体供给至冷凝器，其中，

具备能够将上述流体从上述最终级的压缩机构前一级的上述压缩机构直接供给到上述冷凝器的旁通流路，

至少上述最终级的压缩机构以及上述旁通流路所连接的上述压缩机构中，配置在上述叶轮的径向外侧的上述扩压器是不具备使该扩压器中的上述流体的旋转速度降低的扩压器叶片的无叶扩压器。

2.根据权利要求1所述的涡轮压缩机，其特征在于，上述压缩机构中不向上述冷凝器直接供给上述流体的压缩机构的上述扩压器是具备使该扩压器中的上述流体的旋转速度降低的扩压器叶片的有叶扩压器。

3.一种制冷机，具备将压缩后的冷媒冷却液化的冷凝器、使液化了的上述冷媒蒸发并从冷却对象物夺去气化热从而将上述冷却对象物冷却的蒸发器、和将由上述蒸发器蒸发了的上述冷媒压缩并供给至上述冷凝器的压缩机，其中，

作为上述压缩机，具备权利要求1或2所述的涡轮压缩机。

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