CN104075475B - 涡轮制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明提供的涡轮制冷机，通过使作为排出器的驱动用气体而被供给到排出器之后向制冷循环的低压侧分流的制冷剂气体的气体量降低，来防止压缩动力被过度消耗，并且不受冷却水温度条件等环境条件的影响而能够确保排出器充分的油回收功能，继续进行制冷机稳定的运转。该涡轮制冷机具备：将制冷剂气体作为驱动用气体来吸引滞留于蒸发器的含有油的制冷剂并将其回收至涡轮压缩机（1）的油缸的排出器（20）、和从节能器（4）向排出器（20）供给制冷剂的制冷剂供给配管（5BP），用从节能器（4）向涡轮压缩机（1）的多级压缩级的中间部分供给的制冷剂气体作为排出器（20）的驱动用气体。

Description

涡轮制冷机

技术领域

本发明涉及涡轮制冷机，特别是涉及利用将制冷剂气体作为驱动用气体的排出器将滞留于蒸发器的含有油的制冷剂回收至油缸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来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。

涡轮制冷机具有作为高速旋转体的压缩机，在压缩机中设置有：支承旋转体的轴承、和用于使旋转体增速来获得规定的转速的增速机。向轴承和增速机供给氟利昂系制冷剂和相溶性的油，来维持润滑和冷却功能。为了防止油向制冷剂系统泄漏，保持油的油缸部在涡轮制冷机的低压部分通过均压管（油缸均压管）进行均压。

然而，无法完全避免一部分油经由旋转体的轴封部分或上述均压管（油缸均压管）而泄漏到制冷剂系统。如果油继续向制冷剂系统泄漏，则油缸所保有的油会减少，无法向轴承和增速机供油，从而涡轮制冷机无法继续运转。因此在涡轮制冷机中，从制冷剂系统回收油的功能起到非常重要的作用。

现有的回收油的方法是利用将压缩机的排出气体作为驱动用气体的排出器，将含油的制冷剂从油最终滞留的蒸发器或压缩机吸入叶片二次侧回收到油缸。

专利文献1：日本实开昭55-20049号公报

在上述现有的油回收方法中，将压缩机的排出气体的一部分分出来作为油回收用排出器的驱动用气体使用。然而，在压力差大的制冷剂，例如在R134a中，由于该压力差而使过量的制冷剂气体向制冷循环的低压侧分流，从而压缩动力被过度消耗，因此存在导致制冷机的效率降低的问题。

另外，排出器的驱动压力由制冷机的首要条件即冷却水温度条件决定，因此存在排出器无法在性能峰值点运转的情况，从而无法有效地利用排出器的油回收功能。因此存在无法将油充分抵回收至油缸，导致油缸所保有的油减少而不能向轴承和增速机供油，从而涡轮制冷机无法继续运转的问题。

发明内容

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，通过减少作为排出器的驱动用气体的被供给到排出器后向制冷循环的低压侧分流的制冷剂气体的气体量，来防止压缩动力被过度消耗，并且不受冷却水温度条件等环境条件的影响而能够确保排出器充分的油回收功能，使制冷机继续稳定的运转。

为了实现上述目的，本发明的一个实施方式的涡轮制冷机，具备：从冷水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涡轮压缩机、用冷却水对压缩后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：排出器，其将制冷剂气体作为驱动用气体来吸引滞留于蒸发器的含有油的制冷剂并将其回收至涡轮压缩机的油缸；和制冷剂供给配管，其将制冷剂气体从所述节能器向所述排出器供给，用从所述节能器向所述涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分供给的制冷剂气体作为所述排出器的驱动用气体。

根据本发明，设置有制冷剂供给配管，该制冷剂供给配管从连接节能器与涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分的节能器中间吸入管分支，将制冷剂气体从节能器引导至排出器，由于将节能器中间吸入管的制冷剂气体的一部分作为排出器的驱动用气体利用，因此能够降低压缩机的第二级叶轮的动力，能够提高制冷机的效率。

本发明的优选实施方式的特征在于，在连接所述蒸发器与所述排出器的配管处连接所述涡轮压缩机的吸入叶片二次侧。

根据本发明，能够将滞留于涡轮压缩机的吸入叶片二次侧的含有油的制冷剂回收至油缸。

本发明的优选实施方式的特征在于，设置有将制冷剂气体从所述涡轮压缩机向所述排出器供给的制冷剂供给配管，能够用从所述涡轮压缩机排出的制冷剂气体作为所述排出器的驱动用气体，设置有控制装置，该控制装置进行从所述节能器向所述排出器供给制冷剂气体和从所述涡轮压缩机向所述排出器供给制冷剂气体的切换。

根据本发明，能够实施将排出器的驱动压力源切换为高压部（压缩机排出压）和中间压力（节能器压）的控制，因此能够不受环境条件（冷却水温度条件）的影响而确保充分的油回收功能，从而能够实现制冷机的稳定运转。

本发明的优选实施方式的特征在于，通过对分别设置于两个所述制冷剂供给配管的电磁阀进行开闭来进行所述切换。

根据本发明，通过两个电磁阀的开闭来进行从节能器向排出器供给制冷剂气体和从涡轮压缩机向排出器供给制冷剂气体的切换，因此具有利用廉价的电磁阀就有望以低成本实现制冷机的稳定运转和提高效率的优点。

本发明的优选实施方式的特征在于，所述控制装置基于所述冷凝器的压力和所述蒸发器的压力来进行所述切换。

本发明的优选实施方式的特征在于，所述控制装置基于根据所述冷凝器的压力（Pc）和所述蒸发器的压力（Pe）计算出的值来进行所述切换。

本发明的优选实施方式的特征在于，根据所述冷凝器的压力（Pc）和所述蒸发器的压力（Pe）计算出的值是压力比（Pc/Pe），在该压力比为规定值以上的情况下进行从所述节能器向所述排出器供给制冷剂气体，在该压力比小于规定值的情况下，进行从所述涡轮压缩机向所述排出器供给制冷剂气体。

本发明的优选实施方式的特征在于，所述压力比（Pc/Pe）的规定值根据制冷剂的种类而变化。

本发明的优选实施方式的特征在于，在制冷剂为R134a的情况下，所述压力比（Pc/Pe）的规定值大约为1.7。

本发明的优选实施方式的特征在于，设置有对所述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的叶片。

根据本发明，能够不受环境条件（冷却水温度条件）的影响而确保充分的油回收功能从而能够实现制冷机的稳定运转，并且使作为排出器的驱动用气体而被供给到排出器之后向制冷循环的低压侧分流而对制冷能力没有贡献的制冷剂气体的气体量降低，从而压缩动力也能够减少，能够有助于提高制冷机的效率。

附图说明

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。

图2是表示排出器的详细构造的示意剖视图。

图3是表示用供给至排出器的作为驱动用气体的制冷剂气体的压力Pd与被吸引至排出器的制冷剂的压力Pe的压力比亦即排出器驱动压力比Pd/Pe、和排出器吸引部的吸引压力所表示的排出器性能的曲线图。

图4是表示本发明的涡轮压缩机的第二实施方式的示意图。

图5是表示两个电磁阀的切换控制方法的曲线图。

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；5BP…制冷剂供给配管；6…配管；8…制冷剂配管；8BP…制冷剂供给配管；10…控制装置；11…第一级叶轮；12…第二级叶轮；13…压缩机马达；14A…第一级吸入叶片；14B…第二级吸入叶片；15…齿轮箱；16…油缸；17…均压管；20…排出器；20d…喷雾器；20n…喷嘴；20s…排出器吸引部；S1…压力传感器；S2…压力传感器；SVl…电磁阀；SV2…电磁阀。

具体实施方式

以下，参照图1～图5对本发明的涡轮制冷机的实施方式进行说明。在图1～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。

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，涡轮制冷机构成为具备：压缩制冷剂的涡轮压缩机1、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的冷凝器2、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，涡轮制冷机通过供制冷剂循环的制冷剂配管5来连结上述各设备。

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，多级涡轮压缩机由二级涡轮压缩机形成，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的吸入侧设置有调整制冷剂气体向第一级叶轮11的吸入流量的第一级吸入叶片14A，在第二级叶轮12的吸入侧设置有调整制冷剂气体向第二级叶轮12的吸入风量的第二级吸入叶片14B。涡轮压缩机1具备收纳轴承、增速机的齿轮箱15，在齿轮箱15的下部设置有用于向轴承和增速机供油的油缸16。齿轮箱15借助油缸均压管17而在涡轮压缩机1的低压部分进行均压。涡轮压缩机1通过制冷剂配管8而与节能器4连接，在节能器4中分离出的制冷剂气体被导入涡轮压缩机1的多级压缩级（在该例中为二级）的中间部分（在该例中为第一级叶轮11与第二级叶轮12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、节能器4中循环，利用在蒸发器3得到的冷热源来制造冷水并与负荷对应，使在制冷循环内获取的来自蒸发器3的热量以及从马达13供给的相当于涡轮压缩机1的功的热量向被供给至冷凝器2的冷却水释放。另一方面，在节能器4分离出的制冷剂气体被导入涡轮压缩机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而被第二级压缩机压缩。根据二级压缩单级节能器循环，由于附加由节能器4产生的制冷效果部分，因此相应地增加该部分的制冷效果，从而与不设置节能器4的情况相比，能够实现制冷效果的高效率化。

如图1所示，设置有从将节能器4与涡轮压缩机1的多级压缩级的中间部分连接的制冷剂配管8分支，将制冷剂从节能器4向排出器20引导的制冷剂供给配管8BP。排出器20的排出侧与齿轮箱15连接。另一方面，蒸发器3以及涡轮压缩机1的吸入叶片二次侧经由配管6而与排出器20连接。

图2是表示排出器20的详细构造的示意剖视图。如图2所示，排出器20具有近似T字状的形状，从节能器4延伸的配管和延伸至油缸的配管以位于一条直线上的方式与排出器20连接，蒸发器3以及从涡轮压缩机1的吸入叶片二次侧延伸的配管相对于上述两个配管大致垂直地连接。在排出器20内且在喷嘴20n与喷雾器20d之间形成有排出器吸引部20s。

图3是表示用供给至排出器20的作为驱动用气体的制冷剂气体的压力Pd与被吸引至排出器20的制冷剂的压力Pe的压力比亦即排出器驱动压力比Pd/Pe、和排出器吸引部的吸引压力所表示的排出器性能的曲线图。图3表示的排出器吸引部的吸引压力的最低点是排出器的性能峰值点，该性能峰值点在实验中是排出器驱动压力比Pd/Pe=l.7左右。对于具体例而言，在制冷剂为R134a的情况下，在冷水出口温度为70℃、冷却水出口温度为37℃的通常的空调温度条件下，蒸发压力为360kPa·A，冷凝压力即排出压力为960kPa·A左右，排出器驱动压力比Pd/Pe大致为2.7则过量。在该情况下，由于实际的运转点从排出器的性能峰值点偏离，因此出现上述那样的油回收功能不良的课题。

在本发明中，从节能器4的中间吸入管亦即制冷剂配管8取出制冷剂气体，作为排出器20的驱动用气体来利用。此时，节能器压力成为上述压力的中间压力、即360kPa·A与960kPa·A的中间压力，大致为600kPa·A，因此能够降低排出器20的排出器驱动压Pd，排出器驱动压力比Pd/Pe为1.7左右，因此能够确保充分的油回收功能。

在本发明中，将节能器中间吸入管的制冷剂气体的一部分作为排出器20的驱动用气体来利用，因此能够降低压缩机的第二级叶轮的动力，也能够提高制冷机的效率。此外，本发明的制冷机的特征还在于，为了使节能器压力成为冷凝压力与蒸发压力的大致中间的压力而设有作为二段压缩机的第二级叶轮的风量控制机构的第二级吸入叶片14B。

图4是表示本发明的涡轮压缩机的第二实施方式的示意图。如图4所示，在本实施方式中，设置有从将涡轮压缩机1与冷凝器2连接的制冷剂配管5分支，将制冷剂从涡轮压缩机1向排出器20引导的制冷剂供给配管5BP。在制冷剂供给配管5BP的靠排出器20的上游侧设置有电磁阀SVl。另外，设置有从将节能器4与涡轮压缩机1的多级压缩级的中间部分连接的制冷剂配管8分支，将制冷剂从节能器4向排出器20引导的制冷剂供给配管8BP。在制冷剂供给配管8BP的靠排出器20的上游侧设置有电磁阀SV2。排出器20的排出侧与齿轮箱15连接。另一方面，蒸发器8以及涡轮压缩机1的吸入叶片二次侧经由配管6而与排出器20连接。电磁阀SV1、SV2分别与控制装置10连接。

如图4所示，在冷凝器2以及蒸发器3分别设置有压力传感器S1、S2。即，利用压力传感器S1测量冷凝器2内的压力Pc，利用压力传感器S2测量蒸发器3的压力Pe。压力传感器S1以及压力传感器S2分别与控制装置10连接。控制装置10根据测量出的冷凝器2的压力Pc和蒸发器3的压力Pe来计算压力比Pc/Pe，并能够基于压力比Pc/Pe进行电磁阀SV1、SV2的开闭控制。图4表示的涡轮压缩机的其他结构与图1所示的涡轮压缩机相同。

实际的涡轮制冷机的运转条件由环境条件（冷却水温度）决定。本发明为了在任何环境条件下都能确保充分的油回收功能，而构成为实施将排出器20的驱动压力源切换为高压部（压缩机排出压）和中间压力（节能器压）的控制。以下，说明实际的排出器驱动气体的切换控制。

图5是表示两个电磁阀SV1、SV2的切换控制方法的曲线图。图5中，横轴表示冷凝器2的压力Pc与蒸发器3的压力Pe的压力比Pc/Pe，纵轴表示两个电磁阀SV1、SV2的开闭状态。

制冷机根据冷水、冷却水温度条件，决定压缩机排出压等于冷凝压力Pc和蒸发压力Pe。在压力比Pc/Pe为规定的设定值以上的情况下，即使是节能器压力也能够作为充分的驱动压而使油回收用排出器20发挥功能。

1）在压力比Pc/Pe为规定的设定值以上，即为1.7以上的情况下，通过关闭电磁阀SV1、打开电离阀SV2，由此将节能器压用于排出器驱动压。

2）在压力比Pc/Pe小于设定值，即小于1.7的情况下（低冷却水温度等冬季、过渡期），通过打开电磁阀SVl、关闭电磁阀SV2，由此将压缩机排出压用于排出器驱动压。

根据本发明，能够不受环境条件（冷却水温度条件）影响而确保充分的油回收功能从而能够实现制冷机的稳定运转，并且使作为排出器的驱动用气体而被供给到排出器之后向制冷循环的低压侧分流而对制冷能力没有贡献的制冷剂气体的气体量降低，从而压缩动力也能够减少，能够有助于提高制冷机的效率。另外，还具有利用廉价的电磁阀就有望以低成本实现制冷机的稳定运转和提高效率的优点。

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，当然也可以以各种不同的方式来实施。

Claims (9)

1.一种涡轮制冷机，具备：从冷水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涡轮压缩机、用冷却水对压缩后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：

排出器，其将制冷剂气体作为驱动用气体来吸引滞留于蒸发器的含有油的制冷剂并将其回收至涡轮压缩机的油缸；和

制冷剂供给配管，其将制冷剂气体从所述节能器向所述排出器供给，

用从所述节能器向所述涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分供给的制冷剂气体作为所述排出器的驱动用气体，

所述涡轮制冷机设置有将制冷剂气体从所述涡轮压缩机向所述排出器供给的制冷剂供给配管，

能够用从所述涡轮压缩机排出的制冷剂气体作为所述排出器的驱动用气体，

所述涡轮制冷机还设置有控制装置，该控制装置进行从所述节能器向所述排出器供给制冷剂气体和从所述涡轮压缩机向所述排出器供给制冷剂气体的切换。

2.根据权利要求1所述的涡轮制冷机，其特征在于，

在连接所述蒸发器与所述排出器的配管处连接所述涡轮压缩机的吸入叶片二次侧。

3.根据权利要求1所述的涡轮制冷机，其特征在于，

通过对分别设置于两个所述制冷剂供给配管的电磁阀进行开闭来进行所述切换。

4.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冷凝器的压力和所述蒸发器的压力来进行所述切换。

5.根据权利要求4所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述控制装置基于根据所述冷凝器的压力和所述蒸发器的压力计算出的值来进行所述切换。

6.根据权利要求5所述的涡轮制冷机，其特征在于，

根据所述冷凝器的压力和所述蒸发器的压力计算出的值是压力比，在该压力比为规定值以上的情况下进行从所述节能器向所述排出器供给制冷剂气体，在该压力比小于规定值的情况下，进行从所述涡轮压缩机向所述排出器供给制冷剂气体。

7.根据权利要求6所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述压力比的规定值根据制冷剂的种类而变化。

8.根据权利要求7所述的涡轮制冷机，其特征在于，

在制冷剂为R134a的情况下，所述压力比的规定值大约为1.7。

9.根据权利要求1所述的涡轮制冷机，其特征在于，

设置有对所述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的叶片。