CN102221268A - 涡轮制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明的涡轮制冷机具有：冷凝器，使压缩后的冷却介质冷却液化；蒸发器，使液化后的冷却介质蒸发而从冷却对象物带走气化热从而对冷却对象物进行冷却；以及涡轮压缩机，通过由电动机驱动而旋转的叶轮的旋转，对由该蒸发器蒸发的冷却介质进行压缩，将其供给到冷凝器。进而，本发明的涡轮制冷机具有制动装置，当叶轮被蒸发后的冷却介质施力而旋转时，该制动装置使电动机作为发电机工作，对叶轮的旋转进行制动。

Description

涡轮制冷机

技术领域

本发明涉及一种涡轮制冷机。本申请根据2010年4月13日在日本申请的日本特愿2010-092314号主张优先权，并在此引用其内容。

背景技术

作为对水等冷却对象物进行冷却或冷冻的制冷机，公知具有对处于气体状态的冷却介质进行压缩并排出的涡轮压缩机的涡轮制冷机（例如参照日本特开2007-177695号公报）。涡轮压缩机借助被电动机驱动旋转的叶轮的旋转，对冷却介质进行压缩。

由涡轮压缩机压缩后的冷却介质被供给到冷凝器而被冷却液化。液化后的冷却介质被供给到蒸发器，在蒸发器中蒸发。冷却介质蒸发时从冷却对象物带走气化热从而对冷却对象物进行冷却。蒸发后的冷却介质再次被供给到涡轮压缩机。

但是，在涡轮制冷机停止时（例如紧急停止时），在冷凝器内贮存的液化后的冷却介质蒸发，向涡轮压缩机逆流。因此，涡轮压缩机的叶轮有可能被蒸发后的冷却介质施力而逆转。当叶轮逆转时，由于伴随逆转的振动等，涡轮压缩机有可能破损。为了防止这种叶轮的逆转，一般采用如下结构：在冷凝器与涡轮压缩机之间的流路中设置有逆止阀，防止冷却介质从冷凝器向涡轮压缩机流动。

但是，当在流路中设置逆止阀时，对于冷却介质的流动阻力上升，伴随冷却介质的流动的压力损失增大。当压力损失增大时，通常运转时的涡轮制冷机的制冷能力降低。

发明内容

本发明是考虑以上情况而完成的，其目的在于提供一种能够防止或抑制涡轮压缩机的逆转、且能够降低伴随冷却介质流动的压力损失的涡轮制冷机。

为了解决上述课题，本发明采用以下方式。

本发明的涡轮制冷机具有：冷凝器，使压缩后的冷却介质冷却液化；蒸发器，使液化后的冷却介质蒸发而从冷却对象物带走气化热从而对冷却对象物进行冷却；以及涡轮压缩机，借助被电动机驱动旋转的叶轮的旋转，对在蒸发器中蒸发的冷却介质进行压缩并供给到冷凝器。进而，本发明的涡轮制冷机具有制动装置，当叶轮被蒸发后的冷却介质施力而旋转时，使电动机作为发电机工作，对叶轮的旋转进行制动。

如上所述，在涡轮制冷机停止时，在冷凝器内贮存的液化后的冷却介质蒸发并向涡轮压缩机逆流。因此，涡轮压缩机的叶轮有可能被蒸发后的冷却介质施力而逆转。根据本发明，当叶轮被冷却介质施力而逆转时，制动装置使电动机作为发电机工作。当电动机作为发电机进行工作时，产生对于叶轮旋转的旋转阻力。利用该旋转阻力对叶轮的逆转进行制动。

并且，在本发明的涡轮制冷机中，制动装置也可以具有再生电路，该再生电路回收由电动机产生的电能。

并且，在本发明的涡轮制冷机中，制动装置也可以具有电阻电路，该电阻电路将由电动机产生的电能转换为热能。

根据本发明，制动装置使电动机作为发电机工作，从而对叶轮的逆转进行制动。因此，能够防止或抑制涡轮压缩机的逆转。进而，通过设置制动装置来防止或抑制涡轮压缩机的逆转，所以能够从涡轮制冷机去除逆止阀。由此，能够将伴随冷却介质流动的压力损失抑制为较低，涡轮制冷机的制冷能力提高。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的涡轮制冷机的概略结构的框图。

图2是示出本发明的实施方式的涡轮制冷机的停止时的动作的框图。

具体实施方式

下面，参照图1和图2对本发明的实施方式进行说明。另外，在以下说明所使用的各附图中，为了令各部件为能够识别的大小而适当变更各部件的比例尺。

图1是示出本实施方式的涡轮制冷机1的概略结构的框图。

本实施方式的涡轮制冷机1例如为了生成空调用冷却水而设置在大厦或工厂等。而且，本实施方式的涡轮制冷机1具有涡轮压缩机2、变换器3（制动装置）、冷凝器4以及蒸发器5。

涡轮压缩机2是对气体状态的冷却介质即冷却介质气体X1进行压缩并生成压缩冷却介质气体X2的部件。供冷却介质气体X1流动的第1流路R1和供压缩冷却介质气体X2流动的第2流路R2分别与涡轮压缩机2连接。涡轮压缩机2具有叶轮21和马达22（电动机）。

叶轮21是用于对冷却介质气体X1进行压缩的叶轮。冷却介质气体X1经由在叶轮21的旋转轴线方向（轴向）形成的未图示的吸入口而导入叶轮21。被导入的冷却介质气体X1利用旋转的叶轮21被向径向外侧（径向）送出。在叶轮21的径向外侧形成有未图示的扩散器和涡旋室。而且，冷却介质气体X1随着在扩散器和涡旋室内部流动而被压缩，生成压缩冷却介质气体X2。第1流路R1与上述吸入口连接，第2流路R2与涡旋室连接。

马达22是用于使叶轮21旋转的驱动装置。马达22是通过被供给交流电力而驱动的交流电动机（三相型），而且，通过调节所供给的交流电力的频率，能够变更马达22的旋转速度。马达22经由旋转轴23与叶轮21一体连接。旋转轴23经由未图示的滚动轴承（球轴承或滚动轴承等）被支承为旋转自如。另外，上述滚动轴承是针对正转和逆转的任意旋转方向均能够确保旋转轴23的顺畅旋转的部件。

变换器3是使涡轮压缩机2的马达22驱动并对叶轮21的逆转（与通常冷却时的旋转方向相反的旋转）进行制动的电子设备。变换器3经由电力供给线分别与主电源系统P和马达22连接，该主电源系统P供给用于使涡轮制冷机1进行动作的电力。变换器3具有驱动电路31和再生电路32。驱动电路31和再生电路32不同时进行动作，具有根据输入到变换器3的信号（例如表示涡轮制冷机1的停止（紧急停止等）的信号）来切换动作的结构。

驱动电路31是用于从主电源系统P向马达22供给交流电力从而驱动马达22的电路。并且，驱动电路31能够调节对马达22供给的交流电力的频率。驱动电路31调节交流电力的频率，从而变更马达22的旋转速度。而且，对涡轮压缩机2的压缩能力和涡轮制冷机1的冷却能力进行调节。另外，驱动电路31也可以是对交流电力的频率和电压进行调节的电路。

再生电路32是用于对叶轮21的逆转进行制动从而防止或抑制涡轮压缩机2的逆转的电路。而且，再生电路32与驱动电路31并列设置。再生电路32是用于在由于叶轮21的逆转而使马达22逆转时、使马达22作为发电机工作的电路。并且，再生电路32能够回收由作为发电机工作的马达22产生的电能，并将其供给到主电源系统P（再生作用）。另外，再生电路32也可以具有将回收的电能蓄积在蓄电池等中的结构。并且，再生电路32也可以独立于变换器3而作为制动装置构成，并与变换器3并列设置。

冷凝器4是将压缩冷却介质气体X2冷却液化而生成冷却介质液体X3的热交换器。供压缩冷却介质气体X2流动的第2流路R2和供冷却介质液体X3流动的第3流路R3分别与冷凝器4连接。另外，在第3流路R3中设置有用于对冷却介质液体X3进行减压的膨胀阀6。

蒸发器5是用于使冷却介质液体X3蒸发而从水等冷却对象物带走气化热、从而对冷却对象物进行冷却的热交换器。另外，由蒸发器5蒸发的冷却介质液体X3变化为冷却介质气体X1。供冷却介质液体X3流动的第3流路R3和供冷却介质气体X1流动的第1流路R1分别与蒸发器5连接。

在涡轮制冷机1中，通过第1流路R1、第2流路R2和第3流路R3，形成冷却介质（冷却介质气体X1、压缩冷却介质气体X2和冷却介质液体X3）的循环流路。

接着，参照图1说明涡轮制冷机1的冷冻动作。

变换器3的驱动电路31从主电源系统P对涡轮压缩机2的马达22供给交流电力。马达22被供给交流电力而驱动，经由旋转轴23连结的叶轮21旋转。叶轮21旋转，由此，抽吸第1流路R1内的冷却介质气体X1，将其导入叶轮21。被导入的冷却介质气体X1向叶轮21的径向外侧送出，在未图示的扩散器和涡旋室内部流动而被压缩，变化为压缩冷却介质气体X2。压缩冷却介质气体X2被送出到与上述涡旋室连接的第2流路R2。

压缩冷却介质气体X2经由第2流路R2被导入冷凝器4。压缩冷却介质气体X2在冷凝器4中被冷却液化而变化为冷却介质液体X3。冷却介质液体X3被送出到第3流路R3，通过膨胀阀6被减压。

被膨胀阀6减压后的冷却介质液体X3被导入蒸发器5。冷却介质液体X3在蒸发器5中蒸发，冷却介质液体X3从水等冷却对象物带走气化热，从而对冷却对象物进行冷却。冷却介质液体X3蒸发时，变化为冷却介质气体X1，冷却介质气体X1被送出到第1流路R1。冷却介质气体X1经由第1流路R1再次被导入涡轮压缩机2。

以上，涡轮制冷机1的冷冻动作完成。

接着，参照图2说明涡轮制冷机1停止时的动作。图2是示出本实施方式的涡轮制冷机1的停止时的动作的框图。

例如，对在构成涡轮制冷机1的设备中产生不良情况而使涡轮制冷机1紧急停止的状况进行说明。当涡轮制冷机1紧急停止时，对变换器3输入传达紧急停止的信号。然后，变换器3的驱动电路31停止供给交流电力，马达22的驱动停止。马达22停止，由此，叶轮21的旋转停止，停止向第2流路R2排出压缩冷却介质气体X2。因此，停止向冷凝器4导入压缩冷却介质气体X2。

停止向冷凝器4导入压缩冷却介质气体X2，由此，在冷凝器4内贮存的冷却介质液体X3蒸发，向第2流路R2逆流。另外，冷却介质液体X3蒸发而生成的冷却介质气体还要向第3流路R3流入，但是由于在第3流路R3中设置的膨胀阀6的流动阻力大，所以冷却介质液体X3蒸发而生成的冷却介质气体主要流入第2流路R2，变化为逆流冷却介质气体X4。

逆流冷却介质气体X4在第2流路R2中向涡轮压缩机2流动，被导入涡轮压缩机2。逆流冷却介质气体X4经由涡轮压缩机2的未图示的涡旋室和扩散器从径向外侧导入到叶轮21。导入到叶轮21的逆流冷却介质气体X4对叶轮21施力而使其逆转。这里，旋转轴23经由未图示的滚动轴承被支承，上述滚动轴承针对正转和逆转的任意旋转方向，均能够使旋转轴23顺畅旋转。因此，与叶轮21连结的旋转轴23顺畅地逆转。因此，经由旋转轴23与叶轮21连结的马达22也逆转。

另一方面，对变换器3输入传达紧急停止的信号，由此，代替驱动电路31，再生电路32工作。再生电路32使马达22作为发电机工作。

即，当叶轮21被逆流冷却介质气体X4施力而逆转时，再生电路32使马达22作为发电机工作。当马达22作为发电机工作时，产生对于叶轮21的逆转的旋转阻力。然后，通过产生旋转阻力，对叶轮21的逆转进行制动。如果因逆流冷却介质气体X4的流动而产生的作用力小于马达22中产生的对叶轮21的旋转阻力，则叶轮21的逆转停止。并且，如果因逆流冷却介质气体X4的流动而产生的作用力大于上述旋转阻力，则叶轮21的逆转被抑制。其结果，防止或抑制涡轮压缩机2的逆转，防止伴随逆转而产生的振动等，防止涡轮压缩机2的破损或噪声等的不良情况。

当叶轮21被逆流冷却介质气体X4施力而逆转时，由作为发电机工作的马达22产生电能。再生电路32回收由马达22产生的电能，将其供给到主电源系统P。即，逆流冷却介质气体X4的流动的能量被再次利用。

另外，本实施方式的变换器3具有再生电路32，但是，也可以代替再生电路32而具有电阻电路。电阻电路是如下的电路：当叶轮21逆转时使马达22作为发电机工作，并且，将由马达22产生的电能转换为热能。再生电路32将由马达22产生的电能供给到主电源系统P。但是，在由马达22产生的电压低于主电源系统P中的电压的情况下，无法将由马达22产生的电能供给到主电源系统P（再生失效）。当发生再生失效时，无法产生对于叶轮21的充分的旋转阻力，所以通过使用电阻电路能够得到稳定的制动作用。另外，在使用电阻电路的情况下，电能被转换为热能并进行散热。并且，变换器3也可以构成为具有再生电路32和电阻电路双方，根据由马达22产生的电压，来选择再生电路32与电阻电路中进行工作的电路。

以上，涡轮制冷机1的停止时的动作完成。

如上所述，本实施方式的变换器3具有再生电路32。因此，对叶轮21的逆转进行制动，防止或抑制涡轮压缩机2的逆转。由此，从涡轮制冷机1去除在第2流路R2中设置的用于防止逆流冷却介质气体X4的流动的逆止阀。通过从第2流路R2去除逆止阀，第2流路R2自身的流动阻力减少，将压缩冷却介质气体X2在第2流路R2内流动时的压力损失抑制为较低。将伴随压缩冷却介质气体X2的流动的压力损失抑制为较低，从而涡轮制冷机1的制冷能力提高。

因此，根据本实施方式，得到以下效果。

根据本实施方式，变换器3使马达22作为发电机工作，从而对叶轮21的旋转进行制动。因此，能够防止或抑制涡轮压缩机2的逆转。通过设置变换器3来防止或抑制涡轮压缩机2的逆转，所以能够从涡轮制冷机1去除逆止阀。由此，将伴随压缩冷却介质气体X2的流动的压力损失抑制为较低，涡轮制冷机1的冷冻能力提高。

以上，参照附图说明了本发明的优选实施方式，但是本发明不限于该例子。上述例子所示的各结构部件的各形状和组合等是一例，能够在不脱离本发明主旨的范围内根据设计要求等进行各种变更。

例如，在上述实施方式中，涡轮压缩机2是仅具有叶轮21的一段型压缩机，但是不限于该结构，也可以是具有多个叶轮的多段型压缩机。

Claims (3)

1.一种涡轮制冷机，该涡轮制冷机具有：冷凝器，使压缩后的冷却介质冷却液化；蒸发器，使液化后的所述冷却介质蒸发而从冷却对象物带走气化热，从而对所述冷却对象物进行冷却；以及涡轮压缩机，利用由电动机驱动而旋转的叶轮的旋转，对在蒸发器中蒸发的所述冷却介质进行压缩并供给到所述冷凝器，其中，

具有制动装置，当所述叶轮被蒸发后的所述冷却介质施力而旋转时，该制动装置使所述电动机作为发电机工作，对所述叶轮的旋转进行制动。

2.根据权利要求1所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述制动装置具有再生电路，该再生电路回收由所述电动机产生的电能。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述制动装置具有电阻电路，该电阻电路将由所述电动机产生的电能转换为热能。

Images