CN104896780A - 涡轮制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明提供涡轮制冷机，能降低在蒸发器闪发而对制冷剂效果不作出贡献的制冷剂气体量，且能确保通过避免电动机的冷却制冷剂配管中的闪发而实现的稳定的电动机的冷却功能。涡轮制冷机具备：从冷水夺取热而使制冷剂蒸发从而发挥制冷效果的蒸发器(3)；利用叶轮对制冷剂进行压缩的涡轮压缩机(1)；驱动涡轮压缩机的电动机(11)；以及利用冷却水对被压缩后的制冷剂气体进行冷却而使其冷凝的冷凝器(2)，其中，具备：对由冷凝器冷凝后的制冷剂进行过冷却的过冷却器(SC)；以及从过冷却器侧分支、且从过冷却器侧朝电动机(11)供给制冷剂的制冷剂供给配管(5BP)，利用由过冷却器(SC)过冷却后的制冷剂对电动机(11)进行冷却。

Description

涡轮制冷机

技术领域

本发明涉及涡轮制冷机，尤其是涉及从制冷循环将制冷剂的一部分导入至驱动涡轮压缩机的电动机从而对电动机进行冷却的方式的涡轮制冷机。

背景技术

以往，在制冷空调装置等中利用的涡轮制冷机通过利用制冷剂配管连结蒸发器、压缩机、冷凝器、以及膨胀阀(膨胀机构)而构成，其中，上述蒸发器由封入有制冷剂的封闭系统构成，从冷水(被冷却流体)夺取热而制冷剂蒸发从而发挥制冷效果。上述压缩机对在上述蒸发器蒸发后的制冷剂气体进行压缩而形成为高压的制冷剂气体，上述冷凝器利用冷却水(冷却流体)对高压的制冷剂气体进行冷却而使其冷凝，上述膨胀阀对上述冷凝后的制冷剂进行减压而使其膨胀。

对于在涡轮制冷机中使用的涡轮压缩机，很多情况下采用电动机与压缩机一起以密闭状态被收纳于分割式的壳体的半密闭型压缩机。在该半密闭型压缩机中，很多情况下将制冷循环中的冷凝制冷剂(液态制冷剂)导入至电动机内部而利用制冷剂的蒸发潜热对因电动机的损失而产生的发热进行冷却。在该情况下，通常形成为从冷凝器朝电动机输送制冷剂，输送制冷剂的驱动源是冷凝器与电动机(蒸发器)的压力差。

专利文献1：日本特开昭57-95152号公报

对于对电动机进行冷却后的冷凝制冷剂，在膨胀过程中，与其质量(干燥度)相应的量的制冷剂气体闪发(flash)而返回蒸发器。在涡轮制冷机的效率提高的方面，削减朝电动机输送的冷却制冷剂量的做法是有效的，但是，由于需要与电动机的发热相应的冷却制冷剂量，因此，若过度削减冷却制冷剂量，则电动机的冷却功能变得不良，电动机的温度上升从而难以继续进行制冷机的正常运转。

虽然用于对电动机损失的发热的量进行冷却的制冷剂量通过热量计算来算出，但在实际的制冷剂的运转之际，若不朝电动机供给相对于计算值为数倍的冷却制冷剂量，则存在过度地削减电动机的冷却制冷剂而电动机的冷却功能受损的风险。对于对电动机进行冷却后的冷凝制冷剂，在膨胀过程中，与其干燥度(质量)相应的量的制冷剂气体闪发而返回蒸发器。闪发后的制冷剂气体不对制冷效果作出贡献而被吸入压缩机，成为消耗多余的压缩动力的原因，招致制冷机的效率降低。

发明内容

本发明就是鉴于上述情形而完成的，其目的在于提供一种如下的涡轮制冷机：通过利用过冷却器(subcooler)的过冷却制冷剂液体作为驱动涡轮压缩机的电动机的冷却用制冷剂，能够降低在蒸发器闪发而不对制冷效果作出贡献的制冷剂气体量，并且能够确保通过避免电动机的冷却制冷剂配管中的闪发而实现的稳定的电动机的冷却功能。

为了达成上述的目的，本发明的第一方式的涡轮制冷机具备：蒸发器，该蒸发器从冷水夺取热而使制冷剂蒸发从而发挥制冷效果；涡轮压缩机，该涡轮压缩机利用叶轮对制冷剂进行压缩；电动机，该电动机驱动上述涡轮压缩机；以及冷凝器，该冷凝器利用冷却水对被压缩后的制冷剂气体进行冷却而使其冷凝，上述涡轮制冷机的特征在于，上述涡轮制冷机具备：过冷却器，该过冷却器对由上述冷凝器冷凝后的制冷剂进行冷却；以及制冷剂供给配管，该制冷剂供给配管是从上述过冷却器侧分支的配管，并从过冷却器侧朝上述电动机供给制冷剂，利用由上述过冷却器过冷却后的制冷剂对上述电动机进行冷却。

根据本发明，通过利用由过冷却器过冷却后的制冷剂液体进行电动机的冷却，过冷却制冷剂液体时的闪发气体量减少，能够减少对制冷效果没有贡献的制冷剂气体，能够削减压缩级的多余动力，能够避免制冷机的效率降低。

并且，根据本发明，由于将过冷却器的出口的过冷却制冷剂液体作为电动机的冷却材料使用，因此，来自过冷却器的制冷剂液体已经被过冷却至饱和温度以下，因此，因配管的压力损失而导致的闪发的风险变低，能够确保稳定的电动机的冷却功能。

本发明的优选方式的特征在于，上述涡轮制冷机具备：控制阀，该控制阀设置于上述制冷剂供给配管，并控制在上述制冷剂供给配管流动的制冷剂流量；测定与蒸发器内的制冷剂进行热交换的冷水的入口温度的单元；测定与蒸发器内的制冷剂进行热交换后的冷水的出口温度的单元；以及控制装置，该控制装置控制上述控制阀的开度，上述控制装置根据上述蒸发器的冷水入口温度和冷水出口温度的温度差、以及在上述蒸发器流动的冷水的流量算出制冷能力，通过基于所算出的制冷能力控制上述控制阀的开度来控制朝上述电动机供给的制冷剂流量。

根据本发明，在涡轮制冷机的运转中，测定蒸发器的冷水入口温度，并且测定蒸发器的冷水出口温度。上述测定信号被依次传送至控制装置，在控制装置中运算冷水出入口的温度差。在控制装置中，通过将这样得到的温度差与在蒸发器流动的冷水流量相乘而算出制冷能力。此时，当冷水流量为额定流量(固定流量)的情况下不需要进行计测，但当冷水流量为变流量的情况下，能够利用流量计测单元进行计测而得到冷水流量。由于根据以这种方式算出的制冷能力决定为了对电动机进行冷却所需要的冷凝制冷剂(液态制冷剂)的制冷剂量，因此，控制控制阀的开度，并控制从过冷却器侧经由制冷剂供给配管朝电动机供给的冷凝制冷剂的流量。通过像这样以与电动机的发热量相匹配的方式使朝电动机供给的冷凝制冷剂的制冷剂量最优化，能够不多不少地恰当地进行电动机的冷却。结束了对电动机的冷却后的气态制冷剂经由返送配管被返送至蒸发器。

本发明的优选方式的特征在于，上述涡轮制冷机具备计测在上述蒸发器流动的冷水的流量的单元。

根据本发明，当在蒸发器流动的冷水流量为变流量的情况下，能够利用流量计测单元进行计测而得到冷水流量。

本发明的优选方式的特征在于，上述涡轮制冷机具备测定上述蒸发器的冷水入口压力和冷水出口压力的压力差的单元，上述控制装置根据上述压力差运算在上述蒸发器流动的冷水的流量。

根据本发明，在蒸发器的冷水入口配管与冷水出口配管之间设置差压计而计测在蒸发器产生的冷水压力损失，并根据蒸发器的冷水压力损失运算在蒸发器流动的冷水流量。

本发明的优选方式的特征在于，上述涡轮制冷机具备：控制阀，该控制阀设置于上述制冷剂供给配管，并控制在上述制冷剂供给配管流动的制冷剂流量；测定与冷凝器内的制冷剂进行热交换的冷却水的入口温度的单元；测定与冷凝器内的制冷剂进行热交换后的冷却水的出口温度的单元；以及控制装置，该控制装置控制上述控制阀的开度，上述控制装置根据上述冷凝器的冷却水入口温度和冷却水出口温度的温度差、以及在上述冷凝器流动的冷却水的流量算出冷却水冷却能力，通过基于所算出的冷却水冷却能力控制上述控制阀的开度来控制朝上述电动机供给的制冷剂流量。

根据本发明，在涡轮制冷机的运转中，测定冷凝器的冷却水入口温度，并且测定冷凝器的冷却水出口温度。上述测定信号被依次传送至控制装置，在控制装置中运算冷却水出入口的温度差。在控制装置中，通过将这样得到的温度差与在冷凝器流动的冷却水流量相乘而算出冷却水冷却能力。此时，当冷却水流量为额定流量(固定流量)的情况下无需进行计测，但当冷却水流量为变流量的情况下能够利用流量计测单元进行计测而得到冷却水流量。由于根据以这种方式算出的冷却水冷却能力决定为了对电动机进行冷却所需要的冷凝制冷剂(液态制冷剂)的制冷剂量，因此对控制阀的开度进行控制，控制从过冷却器侧经由制冷剂供给配管朝电动机供给的冷凝制冷剂的流量。通过像这样以与电动机的发热量相匹配的方式使朝电动机供给的冷凝制冷剂的制冷剂量最优化，能够不多不少地进行电动机的冷却。结束了对电动机的冷却后的气态制冷剂经由返送配管被返送至蒸发器。

本发明的优选方式的特征在于，上述涡轮制冷机具备计测在上述冷凝器流动的冷却水的流量的单元。

根据本发明，当在冷凝器流动的冷却水流量为变流量的情况下，能够利用流量计测单元进行计测而得到冷却水流量。

本发明的优选方式的特征在于，上述涡轮制冷机具备测定上述冷凝器的冷却水入口压力和冷却水出口压力的压力差的单元，上述控制装置根据上述压力差运算在上述冷凝器流动的冷却水的流量。

根据本发明，在冷凝器的冷却水入口配管与冷却水出口配管之间设置差压计来计测在冷凝器产生的冷却水压力损失，并根据冷凝器的冷却水压力损失运算在冷凝器流动的冷却水流量。

本发明的优选方式的特征在于，上述涡轮制冷机具备：控制阀，该控制阀设置于上述制冷剂供给配管，并控制在上述制冷剂供给配管流动的制冷剂流量；温度测定单元，该温度测定单元测定上述电动机的内部温度；以及控制装置，该控制装置控制上述控制阀的开度，上述控制装置通过基于由上述温度测定单元测定到的上述电动机的内部温度控制上述控制阀的开度来控制朝上述电动机供给的制冷剂流量。

根据本发明，在涡轮制冷机的运转中，测定驱动涡轮压缩机的电动机的内部温度，测定信号被依次传送至控制装置。在控制装置中，基于所测定到的电动机的内部温度控制控制阀的开度，控制从过冷却器侧经由制冷剂供给配管朝电动机供给的冷凝制冷剂的流量。通过像这样以与电动机的发热量相匹配的方式使朝电动机供给的冷凝制冷剂的制冷剂量最优化，能够不多不少地恰当地进行电动机的冷却。结束了对电动机的冷却后的气态制冷剂经由返送配管被返送至蒸发器。

本发明的优选方式的特征在于，上述温度测定单元测定上述电动机的定子铁心或者定子铁心附近的温度。

定子铁心或定子线圈端部是电动机内部的温度最高的部分，因而，温度测定单元优选测定定子铁心或定子线圈端部的温度。进而，温度测定单元优选设置在测定温度与电动机的额定电流比之间的相关性高的部位。根据本发明的发明人们的实验，确认定子铁心温度与额定电流比呈现高相关性，温度测定单元设置在能够测定定子铁心或者定子线圈附近的温度的位置。

本发明的优选方式的特征在于，上述控制阀设置在接近上述电动机的位置。

根据本发明，优选电动式的控制阀的安装位置在制冷剂供给配管中尽可能靠近电动机侧。这是因为：控制阀是节流机构，因此在其二次侧液态制冷剂闪发而成为制冷剂的二相流，存在制冷剂的流动受阻的顾虑。

本发明的优选方式的特征在于，上述温度测定单元是热电偶。

本发明的第二方式的涡轮制冷机具备：蒸发器，该蒸发器从被冷却流体夺取热而使制冷剂蒸发从而发挥制冷效果；多级涡轮压缩机，该多级涡轮压缩机利用多级的叶轮对制冷剂进行压缩；电动机，该电动机驱动上述多级涡轮压缩机；冷凝器，该冷凝器利用冷却流体对被压缩后的制冷剂气体进行冷却而使其冷凝；以及作为中间冷却器的节能器，该节能器使冷凝后的制冷剂液体的一部分蒸发并将蒸发后的制冷剂气体朝上述多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分供给，上述涡轮制冷机的特征在于，上述涡轮制冷机具备：过冷却器，该过冷却器对由上述冷凝器冷却后的制冷剂进行过冷却；从节能器朝上述电动机供给制冷剂的制冷剂供给配管；从上述过冷却器侧朝上述电动机供给制冷剂的制冷剂供给配管；以及控制装置，该控制装置进行从上述节能器朝上述电动机的制冷剂供给、和从上述过冷却器侧朝上述电动机的制冷剂供给的切换。

根据本发明，能够构筑由节能器分离后的制冷剂气体被导入至多级涡轮压缩机的多级的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，因此制冷效果增加相应的量，能够实现高效化。进而，当节能器与蒸发器的差压大的情况下，通过从中间压力的节能器供给电动机的冷却用的制冷剂，能够使节能器效果的降低为零，能够防止制冷剂的性能降低或效率降低。

根据本发明，当节能器与蒸发器的差压小的情况下，能够从过冷却器侧供给电动机的冷却用的制冷剂。

本发明的优选方式的特征在于，上述控制装置基于上述节能器与上述蒸发器的差压进行上述切换。

本发明的优选方式的特征在于，上述涡轮制冷机具备测定上述节能器的压力的压力传感器、和测定上述蒸发器的压力的压力传感器，上述控制装置根据这两个压力传感器的测定信号求出上述节能器与上述蒸发器的差压。

本发明的优选方式的特征在于，当上述节能器与上述蒸发器的差压为规定值以上的情况下，从上述节能器朝上述电动机供给制冷剂。

根据本发明，当节能器与蒸发器的差压为规定值以上时，利用该差压进行用于对电动机进行冷却的冷却制冷剂的输送。规定值时根据配管压力损失算出的值。即，规定值是考虑了从节能器到蒸发器为止的配管压力损失量后的值，是对该配管压力损失量加上余量的压力量、例如当制冷剂为R134a的情况下为20kPa～30kPa后的值。

本发明的优选方式的特征在于，当上述节能器与上述蒸发器的差压小于规定值的情况下，从上述过冷却器侧朝上述电动机供给制冷剂。

根据本发明，当节能器与蒸发器的差压小于规定值的情况下，使用过冷却器与蒸发器的差压进行用于对电动机进行冷却的冷却制冷剂的输送。

本发明的优选方式的特征在于，设置有控制上述多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分处的叶轮的吸入风量的叶片。

根据本发明，能够利用叶片缩小多级压缩级的中间部分处的叶轮的吸入风量，因此能够防止低落差时的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，能够实现从节能器朝电动机的稳定的冷却制冷剂的供给。

本发明能够起到以下所列举的效果。

(1)通过使用过冷却器的过冷却制冷剂液体作为驱动涡轮压缩机的电动机的冷却用制冷剂，能够降低在蒸发器闪发而对制冷效果没有贡献的制冷剂气体量，因此能够削减压缩级的多余动力，能够避免制冷机的效率降低。并且，由于来自过冷却器的制冷剂液体已经被过冷却至饱和温度以下，因此因配管的压力损失而导致的闪发的风险变低，能够确保通过避免电动机的冷却制冷剂配管中的闪发而实现的稳定的电动机的冷却功能。

(2)通过使作为驱动涡轮压缩机的电动机的冷却用制冷剂从制冷循环朝电动机供给的制冷剂的制冷剂量最优化，能够不多不少地恰当地进行电动机的冷却，能够防止制冷机的效率降低。

(3)在具备节能器的节能器循环中，为了进行电动机的冷却而供给的液态制冷剂不会过剩，因而不会发生液态制冷剂返回蒸发器的状况。因此，能够抑制节能器效果的降低或使之为零，能够实现制冷机的效率改善。

附图说明

图1是示出本发明所涉及的涡轮制冷机的第一实施方式的示意图。

图2是示出本发明所涉及的涡轮制冷机的第二实施方式的示意图。

图3是用于对在蒸发器中闪发而产生的气体量进行比较的莫里尔图。

图4是示出本发明所涉及的涡轮制冷机的第三实施方式的示意图。

图5是示出制冷能力与电动式的控制阀的开度之间的关系的曲线图。

图6是示出本发明所涉及的涡轮制冷机的第四实施方式的示意图。

图7是示出本发明所涉及的涡轮制冷机的第五实施方式的示意图。

图8是示出电动机的额定电流比(％)与电动机内部的温度之间的关系的曲线图。

图9是示出本发明所涉及的涡轮制冷机的第六实施方式的示意图。

图10是冷却水温度低的低落差时的情况下的莫里尔图。

图11是在冷却水温度低的低落差时通过使用吸入叶片缩小第二级叶轮的吸入风量而增大节能器压力与蒸发压力之间的压力差后的情况下的莫里尔图。

具体实施方式

以下，参照图1至图11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至图11中，对于相同或者相当的构成要素，标注相同的标号并省略重复的说明。

图1是示出本发明所涉及的涡轮制冷机的第一实施方式的示意图。如图1所示，涡轮制冷机具备涡轮压缩机1、冷凝器2、蒸发器3、以及节能器(economizer)4，通过利用供制冷剂循环的制冷剂配管连结上述各设备而构成，上述涡轮压缩机1对制冷剂进行压缩，上述冷凝器2利用冷却水(冷却流体)对被压缩后的制冷剂气体进行冷却而使其冷凝，上述蒸发器3从冷水(被冷却流体)夺取热而制冷剂蒸发从而发挥制冷效果，上述节能器是配置在冷凝器2与蒸发器3之间的中间冷却器。

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，且由电动机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被收纳于分割式的壳体的半密闭型涡轮压缩机。涡轮压缩机1借助流路8与节能器4连接，由节能器4分离后的制冷剂气体被导入至涡轮压缩机1的多级的压缩级(在本例中为两级)的中间部分(在本例中为第一级与第二级之间的部分)。冷凝器2是在底部内置有过冷却器SC的管壳式(shell and tube)的冷凝器。

在以图1所示的方式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得到的冷热源来制造冷水而应对负载，取入至制冷循环内的来自蒸发器3的热量以及从电动机11供给的与涡轮压缩机1的做功相当的热量被释放至朝冷凝器2供给的冷却水。另一方面，由节能器4分离后的制冷剂气体被导入至涡轮压缩机1的多级压缩级的中间部分，与来自第一级的制冷剂气体汇合并由第二级压缩机压缩。根据两级压缩单级节能器循环，附加有由节能器4实现的制冷效果部分，因此，制冷效果增加相应的量，与未设置节能器4的情况相比，能够实现制冷效果的高效化。

如图1所示，设置有从连接位于冷凝器2的底部的过冷却器SC和节能器4的制冷剂配管5分支、将制冷剂从过冷却器SC导入电动机11的制冷剂供给配管5BP。制冷剂供给配管5BP连接于电动机11的壳体11c，过冷却制冷剂液体从过冷却器SC被导入至电动机11的壳体11c内。被导入至电动机11的壳体11c内之后的制冷剂当在壳体11c内流动的期间蒸发，利用此时的蒸发潜热夺取电动机11的热而对电动机11进行冷却。

图2是示出本发明所涉及的涡轮制冷机第二实施方式的示意图。如图2所示，在本实施方式中，过冷却器由外置过冷却器SC而非内置式过冷却器构成。外置过冷却器SC由板式热交换器等构成。其他的结构与图1所示的涡轮制冷机相同。

并且，在以下所示的第三实施方式至第六实施方式所涉及的涡轮制冷机中也能够使用内置式的过冷却器和外置过冷却器两种类型的过冷却器，但仅图示出使用内置式的过冷却器的情况。

在以图1以及图2所示的方式构成的涡轮制冷机中，将过冷却器SC的出口的过冷却制冷剂液体作为电动机11的冷却材料使用。将过冷却器的出口的过冷却制冷剂液体作为电动机的冷却材料使用的优点如下。

即，在利用由过冷却器SC过冷却后的冷却液进行电动机11的冷却之后，返回蒸发器3的制冷剂液体闪发而成为湿蒸气，但与冷凝器→电动机→蒸发器的冷却路径相比较，干燥度(质量)低，因此在蒸发器3闪发而产生的气体量减少。

图3是用于对在蒸发器闪发而产生的气体量进行比较的莫里尔图。根据图3所示的莫里尔图，将过冷却器出口的过冷却制冷剂液体作为电动机的冷却材料使用的情况下、和将冷凝器出口的饱和制冷剂液体作为电动机的冷却材料使用的情况下的闪发气体量按照以下方式表示。

过冷却制冷剂液体时的闪发气体量＝(Δh1/Δh)×G

饱和制冷剂液体时的闪发气体量＝(Δh2/Δh)×G

G：朝电动机供给的冷却制冷剂供给量[kg/s]

这样，在利用由过冷却器SC过冷却后的制冷剂液体进行电动机11的冷却的情况下，过冷却制冷剂液体时的闪发气体量减少，能够降低对制冷效果没有贡献的制冷剂气体，能够削减压缩机的多余动力，能够避免制冷机的效率降低。

并且，在将来自冷凝器2的饱和冷凝液体作为制冷剂、将冷凝器2与蒸发器3之间的压力差作为驱动源而朝电动机11供给的情况下，若供给配管的压力损失大(例如设置有过滤器、检视窗等节流机构)，则制冷剂液体闪发而在冷却制冷剂配管内变为二相流。若变为二相流，则存在冷却制冷剂的供给被阻碍、电动机11的冷却功能受损的可能性。

但是，根据本发明，由于将过冷却器SC的出口的过冷却制冷剂液体作为电动机11的冷却材料使用，因此来自过冷却器SC的制冷剂液体已经被过冷却至饱和温度以下，因此因配管的压力损失而导致的闪发的风险变低，能够确保稳定的电动机的冷却功能。

图4是示出本发明所涉及的涡轮制冷机的第三实施方式的示意图。如图4所示，设置有从连接位于冷凝器2的底部的过冷却器SC与节能器4的制冷剂配管5分支、并将制冷剂从过冷却器SC导入至电动机11的制冷剂供给配管5BP。制冷剂供给配管5BP连接于电动机11的壳体11c，过冷却制冷剂液体从过冷却器SC被导入至电动机11的壳体11c内。被导入至电动机11的壳体11c内之后的制冷剂当在壳体11c内流动的期间蒸发，利用此时的蒸发潜热夺取电动机11的热而对电动机11进行冷却。

如图4所示，在蒸发器3设置有测定冷水入口温度的温度传感器T1、和测定冷水出口温度的温度传感器T2。即，利用温度传感器T1测定要与蒸发器3内的制冷剂进行热交换的冷水的入口温度，利用温度传感器T2测定与蒸发器3内的制冷剂进行热交换之后的冷水的出口温度。温度传感器T1以及温度传感器T2分别连接于控制装置10。由此，在控制装置10中，能够根据冷水入口温度和冷水出口温度之间的温度差、以及额定(固定)的冷水流量计算出制冷能力Qe。当在蒸发器3流动的冷水流量为变流量的情况下，如图4所示，通过在冷水出口配管设置计测冷水流量的流量传感器FE，能够通过将冷水入口温度和冷水出口温度之间的温度差、与利用流量传感器FE计测出的冷水流量相乘而计算出制冷能力Qe。

另外，如图4所示，也可以在冷水入口配管与冷水出口配管之间设置差压计ΔPe来计测在蒸发器3产生的冷水压力损失，根据蒸发器3的冷水压力损失推算在蒸发器3流动的冷水流量，并通过对所推算出的冷水流量乘以冷水入口温度与冷水出口温度之间的温度差来算出制冷能力Qe。

其次，对以图4所示的方式构成的涡轮制冷机的作用进行说明。

在涡轮制冷机的运转中，利用温度传感器T1测定冷水入口温度，并利用温度传感器T2测定冷水出口温度。上述测定信号被依次传送至控制装置10，在控制装置10中运算冷水出入口的温度差。在控制装置10中，通过将这样得到的温度差与在蒸发器3流动的冷水流量相乘而算出制冷能力Qe。此时，当冷水流量为额定流量(固定流量)的情况下，无需进行计测，但当冷水流量为变流量的情况下，利用流量传感器FE进行计测而得到冷水流量。由于根据以这种方式算出的制冷能力Qe来决定为了对电动机11进行冷却所需要的冷凝制冷剂(液态制冷剂)，因此，对电动式的控制阀12的开度进行控制，控制从过冷却器SC经由制冷剂供给配管5BP朝电动机11供给的冷凝制冷剂的流量。

图5是示出制冷能力Qe与电动式的控制阀12的开度之间的关系的曲线图。通过预先求出如图5所示的制冷能力Qe与电动式的控制阀12的开度之间的关系并表格化，若算出制冷能力Qe，则能够立刻决定电动式的开闭阀12的开度。

这样，通过以使得与电动机11的发热量相匹配的方式将朝电动机11供给的冷凝制冷剂的制冷剂量最优化，能够不多不少地恰当地进行电动机11的冷却。结束对电动机11的冷却后的气态制冷剂经由返送配管(未图示)被返送至蒸发器3。

图6是示出本发明所涉及的涡轮制冷机的第四实施方式的示意图。如图6所示，在本实施方式中，各种传感器类设置于冷凝器2。其他的结构与图4所示的涡轮制冷机相同。即，在冷凝器2设置有测定冷却水入口温度的温度传感器T1、和测定冷却水出口温度的温度传感器T2。温度传感器T1以及T2分别连接于控制装置10。由此，在控制装置10中，能够根据冷却水入口温度与冷却水出口温度之间的温度差、以及额定(固定)的冷却水流量算出冷却水冷却能力Qc。当在冷凝器2流动的冷却水流量为变流量的情况下，如图6所示，通过在冷却水出口配管设置计测冷却水流量的流量传感器FC，能够通过将冷却水入口温度和冷却水出口温度之间的温度差、与利用温度传感器FC计测到的冷却水流量相乘来算出冷却水冷却能力Qc。

另外，如图6所示，也可以在冷却水入口配管与冷却水出口配管之间设置差压计ΔPc来计测在冷凝器2产生的冷却水压力损失，根据冷凝器2的冷却水压力损失推算在冷凝器2流动的冷却水流量，并通过对所推算出的冷却水流量乘以冷却水入口温度与冷却水出口温度之间的温度差来算出冷却水冷却能力Qc。

由于以按照这种方式算出的冷却水冷却能力Qc决定为了对电动机11进行冷却所需要的冷凝制冷剂(液态制冷剂)的制冷剂量，因此对电动式的控制阀12的开度进行控制，对从过冷却器SC经由制冷剂供给配管5BP朝电动机11供给的冷凝制冷剂的流量进行控制。另外，冷却水冷却能力Qc与电动式的控制阀12的开度之间的关系与图5同样预先求出并预先表格化。

图7是示出本发明所涉及的涡轮制冷机的第五实施方式的示意图。

如图7所示，设置有从连接位于冷凝器2的底部的过冷却器SC与节能器4的制冷剂配管5分支、并将制冷剂从过冷却器SC朝电动机11引导的制冷剂供给配管5BP。制冷剂供给配管5BP连接于电动机11的壳体11c，由冷凝器2冷凝后的制冷剂被导入至电动机11的壳体11c内。进而，在制冷剂供给配管5BP设置有电动式的控制阀12，以使得能够通过控制控制阀12的开度来控制制冷剂的流量。控制阀12连接于控制装置10。被导入至电动机11的壳体11c内之后的制冷剂当在壳体11c内流动的期间蒸发，利用此时的蒸发潜热夺取电动机11的热而对电动机11进行冷却。对电动机11进行冷却后的制冷剂气体返回蒸发器3。优选电动式的控制阀12的安装位置在制冷剂供给配管5BP中尽可能靠近电动机侧。这是因为：由于控制阀12是节流机构，因此在其二次侧液态制冷剂闪发而成为制冷剂的二相流，存在制冷剂的流动受阻的顾虑。

如图7所示，在电动机11设置有测定电动机内部的温度的温度传感器T。温度传感器T例如使用热电偶，温度传感器的检测端能够测定电动机内部温度最高的部分的温度。温度传感器T连接于控制装置10。

其次，对以图7所示的方式构成的涡轮制冷机的作用进行说明。

在涡轮制冷机的运转中，利用温度传感器T测定电动机11的内部的温度。温度传感器T的测定信号被依次传送至控制装置10。控制装置10基于温度传感器T的测定信号对电动式的控制阀12的开度进行比例控制，以使得电动机内部成为规定温度。此处，规定温度是根据电动机的规格(相对于绝缘等级设置余量的温度)决定的温度。通过以这种方式对电动式的控制阀12的开度进行比例控制，能够对电动机11供给为了高效地对由制冷机的运转条件(负载)决定的电动机发热量进行冷却所需要的最小限度的冷凝制冷剂(液态制冷剂)的制冷剂量。因而，能够不多不少地恰当地进行电动机11的冷却，能够防止制冷机的效率降低。

温度传感器T需要测定电动机内部温度最高的部分的温度，并且优选设置在测定温度与电动机的额定电流比之间的相关性高的部位。因此，本发明的发明人们在定子铁心或定子线圈端部的位置设置多个热电偶，调查测定温度与电动机的额定电流比之间的相关性。

图8是示出电动机的额定电流比(％)与电动机内部的温度之间的关系的曲线图。在图8中，马达温度是已从冷凝器侧供给制冷剂而进行了冷却时的温度。在图8中，空白的四边形示出利用热电偶测定到的定子线圈端部温度与额定电流比之间的关系，涂黑的四边形示出利用热电偶测定到的定子铁心的温度与额定电流之间的关系。

如图8所示，虽然定子铁心温度与额定电流比处于线性关系、呈现出高相关性，但是定子线圈端部温度与额定电流比的相关性差，存在偏差。因而，优选将温度传感器T设置在能够测定定子铁心温度的位置，将电动机的代表温度设为定子铁心温度或者定子铁心附近的温度。

在本发明中，通过预先求出利用温度传感器T测定到的定子铁心温度或者定子铁心附近的温度与电动式的控制阀12的开度之间的关系并表格化，能够根据由温度传感器T测定到的测定温度立刻决定电动式的控制阀12的开度。

根据本发明，通过利用温度传感器T测定定子铁心温度或者定子铁心附近温度，并基于测定温度控制电动式的控制阀12的开度，能够以与电动机11的发热量相匹配的方式使朝电动机11供给的冷凝制冷剂的制冷剂量最优化，能够不多不少地恰当地进行电动机11的冷却。结束了对电动机11的冷却之后的气态制冷剂经由返送配管(未图示)被返送至蒸发器3。

图9是示出本发明所涉及的涡轮制冷机的第六实施方式的示意图。

如图9所示，设置有从连接节能器4与蒸发器3的制冷剂配管5分支、将制冷剂从节能器4朝电动机11引导的制冷剂供给配管5BP1。制冷剂供给配管5BP1连接于电动机11的壳体11c，制冷剂被导入至电动机11的壳体11c内。进而，在连接节能器4与电动机11的制冷剂供给配管5BP1设置有电动式的控制阀13，能够通过控制控制阀13的开度来控制从节能器4朝电动机11供给的制冷剂的流量。控制阀13连接于控制装置10。

朝电动机11供给冷却制冷剂的驱动力是节能器4与蒸发器3的压力差。在冷却水温度低的低落差时，节能器4与蒸发器3的压力差变小。图10是示出冷却水温度低的低落差的情况下的莫里尔图。如图10所示，若节能器压力与蒸发压力的压力差小，则供给冷却制冷剂的驱动力降低，朝电动机11的冷却制冷剂的供给变得困难，无法从节能器4供给冷却制冷剂。

因此，在本发明中，如图9所示，设置控制第二级压缩机中的第二级叶轮的吸入风量的吸入叶片SV。吸入叶片SV呈放射状地配置，通过各吸入叶片SV以自身的轴心为中心相互同步地旋转规定的角度，吸入叶片SV的开度变更。通过像这样变更吸入叶片SV的开度，能够控制第二级压缩机中的第二级叶轮的吸入风量，通过在低落差时缩小第二级叶轮的吸入风量，能够防止低落差时的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，能够实现从节能器4朝电动机11的稳定的冷却制冷剂的供给。

图11是在冷却水温度低的低落差时通过使用吸入叶片SV缩小第二级叶轮的吸入风量而增大节能器压力与蒸发压力的压力差后的情况下的莫里尔图。如图11所示，通过增大节能器压力与蒸发压力的压力差，能够实现从节能器4朝电动机11的稳定的冷却制冷剂的供给。

如图9所示，设置有从连接位于冷凝器2的底部的过冷却器SC与节能器4的制冷剂配管5分支、并将制冷剂从过冷却器SC朝电动机11引导的制冷剂供给配管5BP2。制冷剂供给配管5BP2连接于制冷剂供给配管5BP1。在制冷剂供给配管5BP2设置有电动式的控制阀14。能够通过控制阀14的开度来控制从过冷却器SC朝电动机11供给的制冷剂的流量。控制阀14连接于控制装置10。如图9所示，以能够从节能器4和过冷却器SC双方取出朝电动机11供给的冷却制冷剂的方式设置制冷剂供给配管5BP1、5BP2和电动式的控制阀13、14。

如图9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，利用压力传感器Pe测定蒸发器3内的压力，利用压力传感器Peco测定节能器4的压力。压力传感器Pe以及压力传感器Peco分别连接于控制装置10。由此，在控制装置10中，能够始终进行节能器4的压力与蒸发器3的压力的比较。

其次，对以图9所示的方式构成的涡轮制冷机的作用进行说明。

在涡轮制冷机的运转中，利用压力传感器Pe测定蒸发器3的压力，并且利用压力传感器Peco测定节能器4的压力。上述测定信号被依次传送至控制装置10。控制装置10对节能器4的压力(Peco)和蒸发器3的压力(Pe)进行比较而进行以下的控制。

1)当Peco≥Pe+α的情况下，通过打开控制阀13、关闭控制阀14，从节能器4朝电动机11供给冷却制冷剂。

2)当Peco＜Pe+α的情况下，通过关闭控制阀13、打开控制阀14，从过冷却器SC朝电动机11供给冷却制冷剂。

在1)以及2)中，α(规定值)是对根据配管压力损失算出的值加上余量的压力量而得的值。

在本发明中，当节能器4与蒸发器3的差压为规定值以上时，利用该差压进行用于对电动机11进行冷却的冷却制冷剂的输送。根据本发明，由于使用节能器4与蒸发器3的差压进行用于对电动机11进行冷却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)。因而，能够防止对电动机11进行冷却的制冷剂的制冷剂量过剩。为了确保节能器4与蒸发器3的差压，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。

当节能器4与蒸发器3的差压小于规定值的情况下，使用过冷却器SC与蒸发器3的差压进行用于对电动机11进行冷却的冷却制冷剂的输送。

在图9所示的实施方式中，在蒸发器3以及节能器4分别设置压力传感器Pe、Peco，但是，代替压力传感器，也可以在蒸发器3以及节能器4分别设置温度传感器。即，若测定节能器温度和蒸发温度，根据节能器温度推算节能器4的压力，根据蒸发温度推算蒸发器3的压力，则能够进行与上述1)以及2)同样的控制。

至此为止对本发明的实施方式进行了说明，但是，本发明并不限定于上述的实施方式，当然能够在其技术思想的范围内以各种不同的方式实施。

标号说明：

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：电动式的控制阀；8：流路；10：控制装置；11：电动机；11c：壳体；12：控制阀；13：控制阀；14：控制阀；FC、FE：流量传感器；ΔPc、ΔPe：差压计；T1、T2：温度传感器；SC：过冷却器。

Claims (17)

1.一种涡轮制冷机，

所述涡轮制冷机具备：

蒸发器，该蒸发器从冷水夺取热而使制冷剂蒸发从而发挥制冷效果；

涡轮压缩机，该涡轮压缩机利用叶轮对制冷剂进行压缩；

电动机，该电动机驱动所述涡轮压缩机；以及

冷凝器，该冷凝器利用冷却水对被压缩后的制冷剂气体进行冷却而使其冷凝，

所述涡轮制冷机的特征在于，

所述涡轮制冷机具备：

过冷却器，该过冷却器对由所述冷凝器冷凝后的制冷剂进行冷却；以及

制冷剂供给配管，该制冷剂供给配管是从所述过冷却器侧分支的配管，并从过冷却器侧朝所述电动机供给制冷剂，

利用由所述过冷却器过冷却后的制冷剂对所述电动机进行冷却。

2.根据权利要求1所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述涡轮制冷机具备：

控制阀，该控制阀设置于所述制冷剂供给配管，并控制在所述制冷剂供给配管流动的制冷剂流量；

测定与蒸发器内的制冷剂进行热交换的冷水的入口温度的单元；

测定与蒸发器内的制冷剂进行热交换后的冷水的出口温度的单元；以及

控制装置，该控制装置控制所述控制阀的开度，

所述控制装置根据所述蒸发器的冷水入口温度和冷水出口温度的温度差、以及在所述蒸发器流动的冷水的流量算出制冷能力，通过基于所算出的制冷能力控制所述控制阀的开度来控制朝所述电动机供给的制冷剂流量。

3.根据权利要求2所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述涡轮制冷机具备计测在所述蒸发器流动的冷水的流量的单元。

4.根据权利要求2所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述涡轮制冷机具备测定所述蒸发器的冷水入口压力和冷水出口压力的压力差的单元，

所述控制装置根据所述压力差运算在所述蒸发器流动的冷水的流量。

5.根据权利要求1所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述涡轮制冷机具备：

控制阀，该控制阀设置于所述制冷剂供给配管，并控制在所述制冷剂供给配管流动的制冷剂流量；

测定与冷凝器内的制冷剂进行热交换的冷却水的入口温度的单元；

测定与冷凝器内的制冷剂进行热交换后的冷却水的出口温度的单元；以及

控制装置，该控制装置控制所述控制阀的开度，

所述控制装置根据所述冷凝器的冷却水入口温度和冷却水出口温度的温度差、以及在所述冷凝器流动的冷却水的流量算出冷却水冷却能力，通过基于所算出的冷却水冷却能力控制所述控制阀的开度来控制朝所述电动机供给的制冷剂流量。

6.根据权利要求5所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述涡轮制冷机具备计测在所述冷凝器流动的冷却水的流量的单元。

7.根据权利要求5所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述涡轮制冷机具备测定所述冷凝器的冷却水入口压力和冷却水出口压力的压力差的单元，

所述控制装置根据所述压力差运算在所述冷凝器流动的冷却水的流量。

8.根据权利要求1所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述涡轮制冷机具备：

控制阀，该控制阀设置于所述制冷剂供给配管，并控制在所述制冷剂供给配管流动的制冷剂流量；

温度测定单元，该温度测定单元测定所述电动机的内部温度；以及

控制装置，该控制装置控制所述控制阀的开度，

所述控制装置通过基于由所述温度测定单元测定到的所述电动机的内部温度控制所述控制阀的开度来控制朝所述电动机供给的制冷剂流量。

9.根据权利要求8所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述温度测定单元测定所述电动机的定子铁心或者定子铁心附近的温度。

10.根据权利要求8所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述控制阀设置在接近所述电动机的位置。

11.根据权利要求8～10中任一项所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述温度测定单元是热电偶。

12.一种涡轮制冷机，

所述涡轮制冷机具备：

蒸发器，该蒸发器从被冷却流体夺取热而使制冷剂蒸发从而发挥制冷效果；

多级涡轮压缩机，该多级涡轮压缩机利用多级的叶轮对制冷剂进行压缩；

电动机，该电动机驱动所述多级涡轮压缩机；

冷凝器，该冷凝器利用冷却流体对被压缩后的制冷剂气体进行冷却而使其冷凝；以及

作为中间冷却器的节能器，该节能器使冷凝后的制冷剂液体的一部分蒸发并将蒸发后的制冷剂气体朝所述多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分供给，

所述涡轮制冷机的特征在于，

所述涡轮制冷机具备：

过冷却器，该过冷却器对由所述冷凝器冷却后的制冷剂进行过冷却；

从节能器朝所述电动机供给制冷剂的制冷剂供给配管；

从所述过冷却器侧朝所述电动机供给制冷剂的制冷剂供给配管；以及

控制装置，该控制装置进行从所述节能器朝所述电动机的制冷剂供给、和从所述过冷却器侧朝所述电动机的制冷剂供给的切换。

13.根据权利要求12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差压进行所述切换。

14.根据权利要求13所述的涡轮制冷机，其特征在于，

所述涡轮制冷机具备测定所述节能器的压力的压力传感器、和测定所述蒸发器的压力的压力传感器，所述控制装置根据这两个压力传感器的测定信号求出所述节能器与所述蒸发器的差压。

15.根据权利要求13所述的涡轮制冷机，其特征在于，

当所述节能器与所述蒸发器的差压为规定值以上的情况下，从所述节能器朝所述电动机供给制冷剂。

16.根据权利要求13所述的涡轮制冷机，其特征在于，

当所述节能器与所述蒸发器的差压小于规定值的情况下，从所述过冷却器侧朝所述电动机供给制冷剂。

17.根据权利要求12～16中任一项所述的涡轮制冷机，其特征在于，

设置有控制所述多级涡轮压缩机的多级压缩级的中间部分处的叶轮的吸入风量的叶片。