CN104006562A - 涡轮制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明提供的涡轮制冷机，具备蒸发器（3）、多级涡轮压缩机（1）、驱动多级涡轮压缩机（1）的电动机（11）、冷凝器（2）、以及节能器（4），该涡轮制冷机还具备：从节能器（4）向电动机（11）供给制冷剂的制冷剂供给配管（5BP1）、从冷凝器（2）向电动机（11）供给制冷剂的制冷剂供给配管（5BP2）、以及进行从节能器（4）向电动机（11）供给制冷剂、与从冷凝器（2）向电动机（11）供给制冷剂的切换的控制装置（10）。

Description

涡轮制冷机

技术领域

本发明涉及涡轮制冷机，特别是涉及将制冷剂的一部分从制冷循环导入到驱动涡轮压缩机的电动机，来冷却电动机的方式的涡轮制冷机。

背景技术

以往，制冷空调装置等所利用的涡轮制冷机由封入有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制冷剂气体的压缩机、用冷却水（冷却流体）对高压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进行减压以使其膨胀的膨胀阀（膨胀机构）通过制冷剂配管连结。而且，在作为压缩机而使用借助多级叶轮对制冷剂气体进行多级压缩的多级压缩机的情况下，进行将由设置在冷凝器与蒸发器之间的制冷剂配管中的中间冷却器亦即节能器产生的制冷剂气体导入到压缩机的中间级（多级叶轮的中间部分）的动作。

涡轮制冷机所使用的涡轮压缩机，大多情况下采用电动机与压缩机一起以密闭状态收纳于分开型的壳体的半密闭型压缩机。在该半密闭型压缩机中，大多情况下是将制冷循环中的冷凝制冷剂（液态制冷剂）导入电动机内部，利用制冷剂的蒸发潜热来对由电动机的损失产生的发热进行冷却。

在采用具备节能器的多级压缩节能器循环的涡轮制冷机的情况下，若从冷凝器向电动机供给冷凝制冷剂（制冷剂液），则冷凝制冷剂在对电动机发热部分进行冷却后，成为制冷剂液与制冷剂气体的二相流而返回至蒸发器。在该情况下，制冷剂液无助于电动机的冷却，对于冷却而言成为多余的制冷剂液，该制冷剂液不经过节能器而返回至蒸发器，因此无法发挥节能器效果从而导致制冷效果降低。

图4是表示过量供给至电动机的液态制冷剂返回至蒸发器的情况下节能器效果降低部分的莫里尔线图。如图4所示，在过量供给至电动机的液态制冷剂返回至蒸发器的情况下，由节能器实现的制冷效果会损失由图4的斜线部分表示的部分，从而导致制冷能力降低。

专利文献1：日本特开昭57-95152号公报

发明内容

本发明是鉴于上述的情况而完成的，目的在于提供一种涡轮制冷机，通过将作为驱动涡轮压缩机的电动机的冷却用制冷剂的制冷剂从节能器向电动机供给，由此能够抑制节能器效果的降低或使之为零，从而能够实现改善制冷机的效率。

为了实现上述的目的，本发明的涡轮制冷机，具备：从被冷却流体夺取热量而使制冷剂蒸发来发挥制冷效果的蒸发器、利用多级叶轮来压缩制冷剂的多级涡轮压缩机、驱动所述多级涡轮压缩机的电动机、用冷却流体对被压缩的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝的冷凝器、以及使冷凝后的制冷剂液的一部分蒸发并将蒸发后的制冷剂气体向所述多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分供给的中间冷却器亦即节能器，所述涡轮制冷机的特征在于，具备：从节能器向所述电动机供给制冷剂的制冷剂供给配管；从冷凝器向所述电动机供给制冷剂的制冷剂供给配管；以及进行从所述节能器向所述电动机供给制冷剂和从所述冷凝器向所述电动机供给制冷剂的切换的控制装置。

根据本发明，能够构建将由节能器分离的制冷剂气体导入到多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分的节能器循环，因此附加有由节能器实现的制冷效果部分，因此能够增加该部分的制冷效果、实现高效率化。而且，在节能器与蒸发器的压差大的情况下，从作为中间压力的节能器供给电动机的冷却用的制冷剂，由此能够使节能器效果的降低为零，进而能够防止制冷机的性能降低、效率降低。

根据本发明，在节能器与蒸发器的压差小的情况下，能够从冷凝器供给电动机的冷却用的制冷剂。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，所述控制装置基于所述节能器与所述蒸发器的压差来进行所述切换。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，具备测量所述节能器的压力的压力传感器、和测量所述蒸发器的压力的压力传感器，所述控制装置根据两个所述压力传感器的测量信号来求出所述节能器与所述蒸发器的压差。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，在所述节能器与所述蒸发器的压差为规定值以上的情况下，从所述节能器向所述电动机供给制冷剂。

根据本发明，在节能器与蒸发器的压差为规定值以上时，以该压差进行用于冷却电动机的冷却制冷剂的输送。规定值是根据配管压力损失计算出的值。即，规定值是考虑了从节能器到蒸发器的配管压力损失部分的值，且是将界限的压力部分，例如在制冷剂为R134a的情况下为20kPa～30kFa与该配管压力损失部分相加所得的值。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，在所述节能器与所述蒸发器的压差小于规定值的情况下，从所述冷凝器向所述电动机供给制冷剂。

根据本发明，在节能器与蒸发器的压差小于规定值的情况下，使用冷凝器与蒸发器的压差来进行用于冷却电动机的冷却制冷剂的输送。

根据本发明的优选的方式，其特征在于，设置有叶片，该叶片用于对所述多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分的叶轮的吸入风量进行控制。

根据本发明，能够由叶片对多级压缩级的中间部分的叶轮的吸入风量进行节流，因此能够防止低水头时节能器压力的极端的降低。因此能够在节能器压力与蒸发压力之间确保充分的压力差，从而能够从节能器向电动机供给稳定的冷却制冷剂。

根据本发明，通过将作为驱动涡轮压缩机的电动机的冷却用制冷剂的制冷剂从节能器向电动机供给，由此能够抑制节能器效果的降低或使之为零，从而能够实现改善制冷机的效率。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的涡轮制冷机的实施方式的示意图。

图2是在冷却水温度较低的低水头时，节能器压力与蒸发压力的压力差较小的情况下的莫里尔线图。

图3是在冷却水温度较低的低水头时，通过使用吸入叶片对第二级叶轮的吸入风量进行节流，由此增大节能器压力与蒸发压力的压力差的情况下的莫里尔线图。

图4是表示过量供给至电动机的制冷剂液返回到蒸发器的情况下节能器效果降低部分的莫里尔线图。

附图标记说明：1…涡轮压缩机；2…冷凝器；3…蒸发器；4…节能器；5…制冷剂配管；5BP1、5BP2…制冷剂供给配管；6…电动式控制阀；8…流路；10…控制装置；11…电动机；1lc…外壳；12、13…控制阀；Pe、Peco…压力传感器。

具体实施方式

以下，参照图1～图3对本发明所涉及的涡轮制冷机的实施方式进行说明。在图1～图3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。

图1是表示本发明所涉及的涡轮制冷机的实施方式的示意图。如图1所示，涡轮制冷机具备：压缩制冷剂的涡轮压缩机1、用冷却水（冷却流体）对被压缩的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝的冷凝器2、从冷水（被冷却流体）夺取热量而使冷媒蒸发来发挥制冷效果的蒸发器3、以及配置在冷凝器2与蒸发器3之间的中间冷却器亦即节能器4，将上述各设备通过供制冷剂循环的制冷剂配管5连结而构成。

在图1所示的实施方式中，涡轮压缩机1由多级涡轮压缩机构成，并由电动机11驱动。涡轮压缩机1是电动机11与压缩机一起以密闭状态收纳于分开型的外壳的半密闭型涡轮压缩机。涡轮压缩机1通过流路8而与节能器4连接，从而将由节能器4所分离的制冷剂气体导入到涡轮压缩机1的多级压缩级（在该例中为两级）的中间部分（在该例中为第一级与第二级之间的部分）。

在如图1所示构成的涡轮制冷机的制冷循环中，制冷剂在涡轮压缩机1、冷凝器2、蒸发器3以及节能器4中循环，利用由蒸发器3获得的冷热源来制造冷水并与负荷对应，被取入到制冷循环内的来自蒸发器3的热量以及相当于从电动机11供给的涡轮压缩机1的功的热量，被释放到供给至冷凝器2的冷却水。另一方面，由节能器4分离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，与来自第一级压缩机的制冷剂气体合流并被第二级压缩机压缩。通过两级压缩单级节能器循环而附加有由节能器4实现的制冷效果部分，因此能够增加该部分的制冷效果，与不设置节能器4的情况相比，能够实现制冷效果的高效率化。

如图1所示，以从连接节能器4与蒸发器3的制冷剂配管5分支的方式，设置有将制冷剂从节能器4导入到电动机11的制冷剂供给配管5BP1。制冷剂供给配管5BP1与电动机11的外壳11c连接，从而将制冷剂导入到电动机11的外壳11c内。而且，在连接节能器4与电动机11的制冷剂供给配管5BP1设置有电动式控制阀12，通过对控制阀12的开度进行控制，由此能够控制从节能器4供给至电动机11的制冷剂的流量。控制阀12与控制装置10连接。

向电动机11供给冷却制冷剂的驱动力为节能器4与蒸发器3的压力差。在冷却水温度较低的低水头时，节能器4与蒸发器3的压力差减小。

图2是冷却水温度较低的低水头时的情况下的莫里尔线图。如图2所示，若节能器压力与蒸发压力的压力差较小，则供给冷却制冷剂的驱动力降低，从而向电动机11供给冷却制冷剂变得困难，无法从节能器4供给冷却制冷剂。

因此，在本发明中，如图1所示，设置控制第二级压缩机的第二级叶轮的吸入风量的吸入叶片SV。吸入叶片SV以放射状配置，各吸入叶片SV以自身的轴心为中心相互同步地旋转规定的角度，由此改变吸入叶片SV的开度。这样，能够通过改变吸入叶片SV的开度，来控制第二级压缩机的第二级叶轮的吸入风量，从而能够在低水头时对第二级叶轮的吸入风量进行节流，由此防止低水头时节能器压力的极端的降低。因此能够在节能器压力与蒸发压力之间确保充分的压力差，从而能够从节能器4向电动机11供给稳定的冷却制冷剂。

图3是在冷却水温度较低的低水头时使用吸入叶片SV对第二级叶轮的吸入风量进行节流，由此增大节能器压力与蒸发压力的压力差的情况下的莫里尔线图。如图3所示，通过增大节能器压力与蒸发压力的压力差，由此能够从节能器4向电动机11供给稳定的冷却制冷剂。

如图1所示，以从连接冷凝器2与节能器4的制冷剂配管5分支的方式设置有将制冷剂从冷凝器2导入到电动机11的制冷剂供给配管5BP2。制冷剂供给配管5BP2与制冷剂供给配管5BP1连接。在制冷剂供给配管5BP2设置有电动式控制阀13，通过对控制阀13的开度进行控制，能够控制从冷凝器2供给至电动机11的制冷剂的流量。控制阀13与控制装置10连接。如图1所示，以对电动机11进行冷却的冷却制冷剂从节能器4与冷凝器2双方取出的方式，设置制冷剂供给配管5BP1、5BP2和电动式控制阀12、13。

如图1所示，在蒸发器3以及节能器4分别设置有压力传感器Pe、Peco。即，由压力传感器Pe测量蒸发器3内的压力，并由压力传感器Peco测量节能器4的压力。压力传感器Pe和压力传感器Peco分别连接于控制装置10。由此，在控制装置10中能够始终对节能器4的压力与蒸发器3的压力进行比较。

接下来，对如图1所示构成的涡轮制冷机的作用进行说明。

在涡轮制冷机运转过程中，由压力传感器Pe测量蒸发器3的压力，并且由压力传感器Peco测量节能器4的压力。上述测量信号依次被发送至控制装置10。控制装置10对节能器4的压力（Peco）与蒸发器3的压力（Pe）进行比较并进行以下控制。

1）在成为Peco≥Pe+α的情况下，通过开启控制阀12，关闭控制阀13，从而将冷却制冷剂从节能器4供给至电动机11。

2）在成为Peco＜Pe+α的情况下，关闭控制阀12，打开控制阀13，由此将冷却制冷剂从冷凝器2供给至电动机11。

在1）以及2）中，a（规定值）是将加上差值的压力部分而得的值根据配管压力损失计算出的值。

在本发明中，在节能器4与蒸发器3的压差为规定值以上时，以该压差进行用于冷却电动机11的冷却制冷剂的输送。根据本发明，用节能器4与蒸发器3的压差来进行用于冷却电动机11的冷却制冷剂的输送，因此能够减小用于输送冷却制冷剂的驱动力（Driving Force）。因此，能够防止冷却电动机11的制冷剂的制冷剂量过量。为了确保节能器4与蒸发器3的压差，而设置控制涡轮制冷机1的第二级叶轮的吸入风量的叶片SV。

在节能器4与蒸发器3的压差小于规定值的情况下，用冷凝器2与蒸发器3的压差来进行用于冷却电动机11的冷却制冷剂的输送。

在图1所示的实施方式中，虽然是在蒸发器3以及节能器4分别设置有压力传感器Pe、Peco，但也可以取代压力传感器，而在蒸发器3以及节能器4分别设置温度传感器。即，若测量节能器温度与蒸发温度，根据节能器温度来推算节能器4的压力，并根据蒸发温度来推算蒸发器3的压力，则能够进行与上述1）以及2）相同的控制。

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，当然也可以通过各种不同的方式来实施。

Claims (6)

1.一种涡轮制冷机，具备：从被冷却流体夺取热量而使制冷剂蒸发来发挥制冷效果的蒸发器、利用多级叶轮来压缩制冷剂的多级涡轮压缩机、驱动所述多级涡轮压缩机的电动机、用冷却流体对被压缩的制冷剂气体进行冷却并使其冷凝的冷凝器、以及使冷凝后的制冷剂液的一部分蒸发并将蒸发后的制冷剂气体向所述多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分供给的中间冷却器亦即节能器，所述涡轮制冷机的特征在于，具备：

从节能器向所述电动机供给制冷剂的制冷剂供给配管；

从冷凝器向所述电动机供给制冷剂的制冷剂供给配管；以及

进行从所述节能器向所述电动机供给制冷剂和从所述冷凝器向所述电动机供给制冷剂的切换的控制装置。

2.根据权利要求1所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述控制装置基于所述节能器与所述蒸发器的压差来进行所述切换。

3.根据权利要求2所述的涡轮制冷机，其特征在于，

具备测量所述节能器的压力的压力传感器、和测量所述蒸发器的压力的压力传感器，

所述控制装置根据两个所述压力传感器的测量信号来求出所述节能器与所述蒸发器的压差。

4.根据权利要求2所述的涡轮制冷机，其特征在于，

在所述节能器与所述蒸发器的压差为规定值以上的情况下，从所述节能器向所述电动机供给制冷剂。

5.根据权利要求2所述的涡轮制冷机，其特征在于，

在所述节能器与所述蒸发器的压差小于规定值的情况下，从所述冷凝器向所述电动机供给制冷剂。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的涡轮制冷机，其特征在于，

设置有叶片，该叶片用于对所述多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分的叶轮的吸入风量进行控制。