CN104315738B - 冷冻装置 - Google Patents

Abstract

一种冷冻装置，包括：由马达驱动的压缩机；包含油分离回收器、冷凝器、膨胀阀、及蒸发器的制冷剂循环流路；以及将油分离回收器内的油向所述压缩机内的轴承引导的油流路，收纳马达的马达壳上设有供油口，且设有从压缩机的排出侧的制冷剂循环流路内的储油器向供油口供油的供油路，通过供油路向供油口供给油，使油遍布马达的绕组的表面。在此，所述马达壳的内部压力低于所述压缩机的排出侧的所述制冷剂循环流路内的储油器的压力，从而可更容易地使油遍布马达壳内全体。这样的冷冻装置即使经过长时间，马达的绝缘性能也不会降低。

Description

冷冻装置

本申请是发明名称为“冷却装置”、申请日为2009年8月7日并且申请号为200910165253.3的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及冷冻装置，尤其涉及采用氨作为制冷剂的氨制冷剂用冷冻装置。

背景技术

以往，以氨气作为制冷剂的冷冻装置、以及压缩氨气的压缩机已为公众所知。日本专利特开平10-112949号的氨制冷剂电动压缩装置中，为了使电动机的各部(例如，马达的定子的绕组)绝缘而使用氟化树脂等。该氨制冷剂电动压缩装置中，若同时使用氨气及与氨气不相溶的润滑油，则它们在装置内的循环就无法圆滑地进行。因此，采用与氨具有相溶性的醚油作为润滑油。该装置中，从铅直方向上的马达的转子轴中将积存在装置内的下方的润滑油吸上，并利用重力从马达的最上部的转子轴的中心孔向位于下方的定子的绕组播撒。欲使定子的绕组处于浸渍于润滑油的状态以隔断与氨的直接接触，但要使润滑油遍布绕组全体是有限度的。另外，用于储油的所述结构是很复杂的结构，会导致成本大幅上升。而且，所述结构必须使马达竖起，存在设置环境受到限制的缺陷。

日本专利特开2006-118417号的氨用螺杆压缩机中，虽然使螺杆压缩机的马达的马达定子、线圈末端部分全部浸渍在油中，但由于马达转子在高粘度的油中高速旋转，会产生较大的搅拌损失。其结果是产生所需动力增大的问题。

在树脂中，尤其是氟化树脂相对于大部分的药品都为不活性，具备良好的耐药性。然而，根据本发明人的研究，即使将像那样的具备良好耐药性的氟化树脂与氨气同时使用，就算看不到氟化树脂的外观损伤，马达的绝缘性能也会随时间降低。

发明内容

本发明是根据新的构思所得出的，提供一种即使经过长时间后马达的绝缘性能也不会降低的冷冻装置。

作为解决上述技术问题的方法，本发明的冷冻装置，包含以下部件：由马达驱动的压缩机；包含油分离回收器、冷凝器、膨胀阀、及蒸发器的制冷剂循环流路；将所述油分离回收器内的油向所述压缩机内的轴承及轴密封部引导的油流路；收纳所述马达的马达壳，所述马达壳的内部压力低于所述压缩机的排出侧的所述制冷剂循环流路内的储油器的压力；设置于所述马达壳的供油口；以及可从所述储油器向所述供油口供给油的供油路。

利用该结构，从压缩机的排出侧的制冷剂循环流路内的储油器通过供油路向供油口供给油，可使油遍布绕组的表面，使高绝缘性的油存在于绕组之间。由此，即使经过长时间，也可维持马达的绝缘性不降低。因此，即使在对马达的绕组使用具有氨气的透过性的氟化树脂时，也可通过使油存在于绕组间，从而即使经过长时间，也可维持马达的绝缘性不降低。其结果可提高半密闭型氨冷冻装置的可靠性。

所述本发明的冷冻装置，最好还包含：设置于所述供油路的控制阀；以及控制所述控制阀以调节向所述供油口的供油量的控制单元。利用该结构，例如可控制为使控制阀断断续续地开阀，或在希望的时刻以及以希望的间隔来进行供油。也就是说，根据需要断断续续而非连续地向马达供油，或调节每个单位时间的供油量，从而可避免油的过剩供给。其结果可防止性能的降低。

所述本发明的冷冻装置中，最好构成为将被设置于所述油流路的所述油冷却器冷却前的油从所述油流路通过所述供油路向所述马达的供油口供给。利用该结构，可将未被油冷却器冷却的油从油流路通过供油路向马达的供油口供给。由此，可维持马达的线圈温度不降低。通过将未被冷却的油从油分离回收器向马达的供油口直接供给，可维持马达的线圈温度不降低，防止氨气在线圈上的液化。

所述本发明的冷冻装置中，所述储油器最好是所述油分离回收器的储油器部、或者是多级螺杆转子(screwrotor)的、所述多级螺杆转子中的1个螺杆转子和与所述螺杆转子相邻的螺杆转子间的中间级的储油器。利用该结构，可从油分离回收器的储油器部或多级螺杆转子的中间级的储油器供给油。由此，无需从外部进行油的供给。另外，在从压缩机的中间级的储油器供给油时，可得到氨气的溶解量较少的油，因此在向马达部喷射时可抑制闪发气体的产生量，以防止性能的降低。

所述本发明的冷冻装置中，所述压缩机的吸入口最好设置于所述马达壳的与所述压缩机的排出侧相反一侧。利用该结构，可利用从压缩机的吸入口吸入的氨气制冷剂气体，更可靠地使供给的油遍布马达的内部并使其通过。

所述本发明的冷冻装置中，所述马达的绕组的铝线最好被氟化树脂宽松地覆盖。在此所谓宽松地覆盖，是表示氟化树脂不紧密地覆盖于铝线。利用该结构，即使覆盖绕组的铝线的氟化树脂的热膨胀系数大于绕组的铝线的热膨胀系数，由于铝线被氟化树脂宽松地覆盖，氟化树脂可不受铝线束缚地膨胀。其结果可防止氟化树脂的破坏。

附图说明

图1是表示本发明第1实施方式的氨制冷剂用2级螺杆式冷冻装置的图。

图2是马达的Ⅱ-Ⅱ剖视图。

图3是马达的定子的绕组的主要部分放大剖视图。

图4是表示长时间使用后的马达的绝缘阻抗在向马达的绕组间供油前和供油后的不同的图。

图5是表示本发明第2实施方式的氨制冷剂用2级螺杆式冷冻装置的图。

图6是表示本发明第3实施方式的氨制冷剂用2级螺杆式冷冻装置的图。

图7是表示本发明第4实施方式的氨制冷剂用螺杆式冷冻装置的图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

图1表示本发明第1实施方式的氨制冷剂用2级螺杆式冷冻装置1A，该2级螺杆式冷冻装置1A包括：包含2级油冷式螺杆压缩机11(以下简称为螺杆压缩机11)、油分离回收器12、冷凝器13、膨胀阀14及蒸发器15的制冷剂循环流路2；将油分离回收器12内的油、即下部的储油器部16中的油向螺杆压缩机11内的后述油供给处引导的油流路3；从油流路3分歧、通过控制阀17向后述马达18的供油口19供油的供油路20。设有控制控制阀17的控制装置(控制单元)21。在油分离回收器12和油流路3的油供给处之间设有冷却油的冷却器22。

螺杆压缩机11具有一方设有吸入口23，另一方设有形成排出口24的在压缩机壳25内互相啮合的雌雄一对第1级螺杆转子26和第2级螺杆转子27。在第1级螺杆转子26和第2级螺杆转子27之间的中间级28形成用以储油的中间储油器29。吸入口23的上游侧设有过滤器30。第1级螺杆转子26的中间级28设有吸入部32。另外，该第1级螺杆转子26和第2级螺杆转子27可旋转地支撑于轴承、轴密封部33、34、35，且第1级螺杆转子26的雄转子36和第2级螺杆转子27的雄转子37共有转子轴38，可同轴旋转。而且，作为螺杆压缩机11的驱动部的马达18的马达壳39和与其结合为一体压缩机壳25一起形成半密封结构。马达壳39内设有马达室42，马达室42收容转子40和包围其的定子41，该转子40与第1级螺杆转子26的雄转子36共有轴。因此，该雄转子36的轴也作为马达18的输出轴，通过该雄转子36及第2级螺杆转子27的雄转子37，第1级螺杆转子26和第2级螺杆转子27被马达18旋转驱动。

图2及图3所示的马达18的定子41在绝缘壳47中卷绕有多个绕组43。其绕组44和绕组44间存在间隙45。马达18的定子41的绕组44的铝线49被氟化树脂50宽松地覆盖。此处的氟化树脂包含：PTFE(聚四氟乙烯(4氟化))、PFA(四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物)、FEP(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(4、6氟化))、ETFE(四氟乙烯-乙烯共聚物)、PVDF(聚偏氟乙稀(2氟化))、PCTFE(聚氯三氟乙烯(3氟化))等。本实施方式中，使用FEP。马达18的与第1级螺杆转子26相反一侧的马达壳39的侧面设有供油口19，其中心与马达18的旋转轴同轴。供油路20与马达室42通过该供油口19连通。另外，供油口19并不限定为设置于上述位置。也可使供油路20的一部分构成像点划线所示的供油路20a那样，设置于该供油路20a的终端、即马达18的与第1级螺杆转子26相反一侧的马达壳39的外周面。

接下来，对本发明第1实施方式的氨制冷剂用2级螺杆式冷冻装置1A的动作进行说明。

从螺杆压缩机11的吸入口23吸入的氨制冷剂气体在来自油流路3的油注入下被压缩，从排出口31伴随着油一起排出至中间级28。而且，伴随着该油的氨制冷剂气体从吸入部32被吸入第2级螺杆转子27，在来自油流路3的油注入下被压缩，同油一起从排出口24向油分离回收器12排出。向轴承、轴密封部33、34、35供给的油也返回油分离回收器12，在该油分离回收器12中使氨制冷剂气体与油分离，油暂存于储油器部16，被除去油后的氨制冷剂气体被送出至从油分离回收器12的上部延伸的制冷剂循环流路2的部分。

离开油分离回收器12的氨制冷剂气体在冷凝器13中被低温热源、例如水夺取热量，被冷凝而成为制冷剂液体，从冷凝器13流向膨胀阀14，经过膨胀阀14部分变为气态且温度下降后，在蒸发器15中从高温热源夺取热量，完全蒸发，变为气态通过过滤器30并返回2级螺杆式冷冻装置1A的吸入口23。

相对地，储油器部16的油为了通过螺杆压缩机11的压缩来变为高温，在利用油流路3的冷却器22冷却后，被供给至轴承、轴密封部33、34、35，且被分别引导至第1级螺杆转子26及第2级螺杆转子27所形成的气体压缩空间后，回收至油分离回收器12，以供反复循环使用。在此，由于气体压缩空间是存在于气体压缩过程的空间，故处于不与吸入口23、排出部31、吸入部32、排出口24连通的状态。

另外，从油流路3分歧的供油路20的油通过控制阀17被供给至马达18的供油口19。被供给的油在马达室42中飞散，容易被引导向马达18的定子41的绕组44间的间隙45。通过马达室42的油通过轴承、轴密封部33，最终被送往油分离回收器12。另外，本实施方式中使用的油是新日本石油社制的AG46。

通常，在氟化树脂的表面存在有许多细微的孔。因此，经过长时间后氨气所吸入的水分(湿气)与氨气一起透过马达18的绕组44表面的氟化树脂的细微的孔，从而生成含有铵离子和氢氧化离子的水溶液，由此导通相邻绕组44、44之间，使马达18的绝缘性能降低。本发明中，由于从高压的供油路20向马达的供油口19供油，因此可使油变为喷雾状态，遍布绕组44的表面全体，堵塞氟化树脂的细微的孔，使绕组44间存在高绝缘性的冷冻机油。因此，即使经过长时间后，马达18的绝缘性能也不会降低。另外，虽然本发明的第1实施方式中的、螺杆压缩机11的排出侧的制冷剂循环流路2内的储油器可以是油分离回收器12的储油器16、或者第1级螺杆转子26与第2级螺杆转子27间的中间级28的储油器29，但采用前者作为向马达的供油口19供油的供给源。而且，采用油分离回收器12的储油器16作为油的供给源，可无需从外部进行油的供给。

图4为了表明经过规定长的时间后的马达18的绝缘阻抗在向马达18的绕组44、44间供油前后的不同，而示出了本发明人所测定的结果。由此可知，与油的供给前相比，在供给后马达18的绝缘阻抗值大幅上升。根据该结果，可以说必须使马达18的绕组44、44间存在油。

从油流路3通过供油路20对供油口19的供油是通过利用控制装置21控制控制阀17的开闭来进行的。控制装置21在到达利用控制装置21的未图示的输入部预先设定的供油开始时刻及供油停止时刻时，控制使控制阀17的开闭正常进行，对于供油量，通过调节控制阀17的开度、或调节每个单位时间的控制阀17的开闭的时间来进行控制。

控制阀17的一次侧维持与螺杆压缩机11的排出压力大致同压，由于相对于与吸入压力大致同压的马达壳39的内部的马达室42为高压，因此控制阀17一开阀，油就会通过供油口19向马达室42供给。

压力差例如如下所述。排出口24的排出压力Pd＝1.6MPa，吸入口23的吸入压力Ps＝0.05MPa，压力差ΔP＝1.55MPa。另外，马达室42的内部的压力与吸入口23的吸入压力大致相等。

向马达室42的绕组43内的供油利用压力差积极地进行，因此与利用重力喷雾相比，可更容易地使油遍布相对低压的空间全体。

对于向马达室42的供油，通过控制控制阀17，可在自由选定时间的同时断断续续地供给必须量的油。由此，根据需要最小限度地向马达室42供油，从而可抑制因油的过剩注入导致的摩擦阻力的增加，以防止马达18的性能的降低。另外，从马达18的供油口19供油越多，油就占领越多气体的压缩室(未图示)内的空间，可从吸入口23吸入的气体量就会减少，导致通过蒸发器15的制冷剂量减少，使性能降低。也是由于这样的理由，最好能断断续续而非连续地供油，以及调节使油的供给量不过多。

图5表示本发明第2实施方式的氨制冷剂用2级螺杆式冷冻装置1B。本实施方式中，对与第1实施方式相同的构成要素标注同一符号并省略说明。本实施方式中，与第1实施方式不同，从油流路3向供油路20的分歧处在油分离器12与冷却器22之间。由此，利用供油路20供给的油不会被冷却器22冷却。因此，马达18的线圈(绕组44)温度不会因供油而降低，可防止氨气在线圈上液化。

图6表示本发明第3实施方式的氨制冷剂用2级螺杆式冷冻装置1C。本实施方式中，对与第1实施方式相同的构成要素标注同一符号并省略说明。本实施方式中，与第1实施方式的不同点在于，油的供给源不是油分离回收器12，而是中间级28的中间储油器29，因此供油路20与油流路3不连通。

本实施方式中的、各部位的压力如下。例如，吸入口23的吸入压力Ps为0.05MPa，排出口24的排出压力Pd为1.6MPa，且中间级28的中间压力Pm为0.4MPa。

然而，若根据亨利定律，在一定温度下溶解于一定量的液体的气体的量与该气体的压力(分压)成比例。另外，吸入口23、中间级28、排出口24的氨制冷剂气体的温度，随着氨制冷剂气体从吸入口23移动至中间级28、以及从中间级28进一步移动至排出口24而徐徐上升。因此，可以说氨制冷剂气体在各部位对油的溶解量与各部位的压力(由于各部位的温度不定，不能说是完全的“比例”)大致成比例。也就是说，氨制冷剂气体在各部位对油的溶解量随着氨制冷剂气体移动至吸入口23、中间级28、排出口24而上升。因此，氨制冷剂气体对在中间级28的储油器部29中的油的溶解度小于对与排出口24大致压力相同的油分离器12的储油器部16中的油的溶解度。

在高压下溶解于油的氨制冷剂气体在利用供油口19喷射时，在相对低压下的马达室42中再次变为氨气来占据空间。在此，称在马达室42中再次出现的气体为闪发气体。

根据本实施方式，通过从中间级28的中间储油器部29供给供油路20的油，可减少溶解于油并向马达室42供给的氨制冷剂气体的量，其结果是可减少向马达室42供给时的闪发气体量。像这样，由于向马达室42供给的氨制冷剂气体的量减少，与第1实施方式及第2实施方式相比，由于通过蒸发器15的制冷剂量增加，可使冷冻装置的性能提高。另外，通过将第1级螺杆转子26和第2级螺杆转子27之间的中间级28的中间储油器29作为油的供给源，从而无需从外部进行油的供给。

本实施方式中，利用压力差积极地进行向马达室42的绕组43内的供油，这点与第1实施方式及第2实施方式相同。

在使用螺杆压缩机时，若设置为马达在上、压缩机在下，则螺杆压缩机的最上部的高度增高，造成设置上的缺陷。若将螺杆压缩机11沿水平方向配置，则避免了关于最上部的高度的缺陷，但会产生使供给的油通过马达室的绕组44、44内横穿马达室42内的困难，然而，若采用利用压力差将油注入绕组44、44内的方法，即使螺杆压缩机11沿水平方向配置，也可使油充分地遍布绕组44、44内。

虽然覆盖绕组44的铝线49的氟化树脂50的热膨胀系数(α₂＝100×10^-6(1/k))大于绕组44的铝线49的热膨胀系数(α₁＝23.6×10^-6(1/k))，但由于铝线49被氟化树脂50宽松地覆盖，氟化树脂50可不受铝线49束缚地膨胀。其结果可防止氟化树脂50的破坏。

本发明的第1及第2实施方式中，以使用2级螺杆压缩机11的装置为例，但并不限定于此，也可使用单级螺杆压缩机及2级螺杆压缩机11以外的多级螺杆压缩机。另外，第3实施方式中，也可使用图6所示的2级螺杆压缩机11以外的多级螺杆压缩机。另外，也可像图7所示的第4实施方式的氨制冷剂用螺杆式冷冻装置1D那样，压缩机11D的吸入口48配设在马达18的、与压缩机11D的排出侧相反一侧的马达壳39上，使氨制冷剂气体在马达室42内通过。由此，可利用从压缩机11D的吸入口48吸入的氨制冷剂气体，更可靠地使供给的油遍布马达18的内部并通过。第4实施方式中，以使用单级螺杆压缩机11D的装置为例，但并不限定于此，也可使用多级螺杆压缩机。本发明的第1至第4实施方式中，以使用螺杆压缩机11、11D的装置为例，但并不限定于此，也可使用其它压缩机，例如涡旋式压缩机。

Claims (1)

1.一种冷冻装置，其特征在于，包含以下部件：

由马达驱动的压缩机；

包含油分离回收器、冷凝器、膨胀阀、及蒸发器的制冷剂循环流路；

将所述油分离回收器内的油向所述压缩机内的轴承及轴密封部引导的油流路；

收纳所述马达的马达壳，所述马达壳的内部压力低于所述压缩机的排出侧的所述制冷剂循环流路内的储油器的压力；

设置于所述马达壳的供油口；以及

能从所述储油器向所述供油口供给油的供油路，

所述压缩机具有多级螺杆转子，所述储油器是所述多级螺杆转子中的1个螺杆转子和与所述螺杆转子相邻的螺杆转子间的中间级部分的储油器。