CN105393067A - 涡轮冷冻机 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮冷冻机(1)，其包含被供给来自节能器(3)的制冷剂的气相成分(X3)的涡轮压缩机(5)，涡轮压缩机(5)包含：第1流路(R10)，其中流动压缩制冷剂气体(X1)；以及连结管(5b)，其连接于第1流路(R10)及第2流路(R3)，在第2流路(R3)中流动制冷剂的气相成分(X3)，连结管(5b)的直径从第2流路(R3)朝向第1流路(R10)缩小。

Description

涡轮冷冻机
技术领域
本发明涉及涡轮冷冻机。
本申请根据于2013年6月4日在日本申请的特愿2013－117737号主张优先权，并在此引用其内容。
背景技术
从以往开始，在涡轮冷冻机中，使制冷剂在冷凝器与蒸发器之间循环，使在涡轮压缩机中压缩的制冷剂在冷凝器中冷凝，使该被冷凝的制冷剂在蒸发器中蒸发，从而进行热输送。
要在蒸发器中有效地使制冷剂气化，优选使向蒸发器供给的制冷剂中所包含的气相成分较少。因此，例如如专利文献1所示，在蒸发器的近前设置节能器(economizer)，除去向节能器供给的制冷剂的气相成分，使该除去的制冷剂的气相成分回流至涡轮压缩机。
在专利文献2和专利文献3中分别公开有在专利文献1中从节能器除去的制冷剂的气相成分回流到涡轮压缩机的部位的详细结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009－186033号公报
专利文献2：日本特开2013－76389号公报
专利文献3：日本特开2007－177695号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，对于被节能器分离的制冷剂的气相成分如何供给至涡轮压缩机却没有提出方案。例如，在专利文献1中，对用于向涡轮压缩机供给被节能器分离的制冷剂的气相成分的配管而言，直到涡轮压缩机为止是相同直径，且相对于涡轮压缩机连接成直角。在这样的涡轮冷冻机中，在上述配管较粗的情况下，当配管内的流速变慢且与在涡轮压缩机内流动的主流合流时产生加速损失。另外，在上述配管较细的情况下，因为配管内的压力损失变大、节能器内的压力未充分地下降(未释放压力)，因此在节能器内制冷剂的蒸发未充分地进行。
本发明正是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，在具有节能器的涡轮冷冻机中，能够良好地进行节能器中的气液分离，并且使将制冷剂的气相成分供给至涡轮压缩机时的加速损失降低。
用于解决课题的手段
本发明的第1方式是涡轮冷冻机，其包含被供给来自节能器的制冷剂的气相成分的涡轮压缩机，其中，上述涡轮压缩机包含：第1流路，其中流动压缩制冷剂气体；以及连结管，其连接于上述第1流路及第2流路，在上述第2流路中流动上述制冷剂的气相成分，上述连结管的直径从上述第2流路朝向上述第1流路缩小。
本发明的第2方式是一种涡轮冷冻机，其在上述第一方式中，上述第2流路及上述连结管的整体的压力损失是能够使上述制冷剂的气相成分从上述节能器流入上述第2流路的值。
本发明的第3方式是一种涡轮冷冻机，其在上述第一方式中，构成上述第2流路的配管具有相同的直径。
本发明的第4方式是一种涡轮冷冻机，其在上述第一方式中，在上述第2流路中流动的上述制冷剂的气相成分沿着在上述第1流路中流动的上述压缩制冷剂气体合流。
本发明的第5方式是一种涡轮冷冻机，其在上述第一方式中，上述第1流路由弯管构成。
本发明的第6方式是一种涡轮冷冻机，其在上述第5方式中，上述弯管的出口相对于入口的角度是180度。
本发明的第7方式是一种涡轮冷冻机，其在上述第5方式中，在上述第2流路中流动的上述制冷剂的气相成分呈螺旋状地被供给至上述弯管。
本发明的第8方式是一种涡轮冷冻机，其在上述第5方式中，该涡轮冷冻机还具有：第3流路，其中流动来自与上述节能器不同的节能器的上述制冷剂的气相成分；以及其他连结管，其与上述连结管分开设置，且与上述弯管连接。
本发明的第9方式是一种涡轮冷冻机，其在上述第5方式中，包含被供给来自节能器的制冷剂的气相成分的涡轮压缩机，上述涡轮压缩机包含连结管，上述连结管连接于第1流路及第2流路，在上述第1流路中流动上述压缩制冷剂气体，在上述第2流路中流动上述制冷剂的气相成分，上述第1流路侧的上述连结管的直径比上述第2流路侧的上述连结管的直径小。
发明效果
根据本发明，回流部具有节流部。因此，在节能器侧的回流部的入口部分能够扩大流路面积且使从回流部排出的制冷剂的气相成分的速度增加。因此，根据本发明，能够抑制回流部中的压力损失的增大来良好地进行节能器中的气液分离，并且能够降低与涡轮压缩机内的主流合流时的加速损失。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式中的涡轮冷冻机的系统图。
图2是包含本发明的一个实施方式中的涡轮冷冻机所具有的流路和节能器连结管的放大示意图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的涡轮冷冻机的一个实施方式进行说明。此外，在以下的附图中，为了使各部件成为能够识别的大小而适当变更各部件的比例尺。
图1是本发明的一个实施方式中的涡轮冷冻机1的系统图。如图1所示，涡轮冷冻机1具有冷凝器2、节能器3、蒸发器4、涡轮压缩机5、膨胀阀6、以及膨胀阀7。
冷凝器2经由流路R1与涡轮压缩机5的排气管5a连接。被涡轮压缩机5压缩的制冷剂(压缩制冷剂气体X1)经过流路R1被供给至冷凝器2。冷凝器2使该压缩制冷剂气体X1液化。冷凝器2具有冷却水流通的传热管2a，通过压缩制冷剂气体X1与冷却水之间的热交换来冷却压缩制冷剂气体X1而使之液化。此外，作为这样的制冷剂，能够使用氟利昂等。
压缩制冷剂气体X1通过与冷却水之间的热交换被冷却且液化而成为制冷剂液X2并存留于冷凝器2的底部。冷凝器2的底部经由流路R2与节能器3连接。另外，在流路R2设置有用于对制冷剂液X2进行减压的膨胀阀6。被膨胀阀6减压的制冷剂液X2经过流路R2被供给至节能器3。
节能器3暂时储存从冷凝器2排出后被膨胀阀6减压的制冷剂液X2，且将制冷剂分离成液相和气相。节能器3的顶部经由流路R3与涡轮压缩机5的节能器连结管5b连接。被节能器3分离的制冷剂的气相成分X3在不经过蒸发器4和后述的第1压缩级11的情况下经过流路R3被供给至后述的第2压缩级12，从而提高涡轮压缩机5的效率。另一方面，节能器3的底部经由流路R4与蒸发器4连接。在流路R4设置有用于对制冷剂液X2进一步减压的膨胀阀7。被膨胀阀7进一步减压的制冷剂液X2经过流路R4被供给至蒸发器4。
蒸发器4使制冷剂液X2蒸发而利用该气化热来冷却冷水。
蒸发器4具有冷水流通的传热管4a，通过制冷剂液X2与冷水之间的热交换来冷却冷水并且使制冷剂液X2蒸发。制冷剂液X2通过与冷水之间的热交换来吸收热量且蒸发成为制冷剂气体X4。蒸发器4的顶部经由流路R5与涡轮压缩机5的吸气管5c连接。在蒸发器4中蒸发的制冷剂气体X4经过流路R5被供给至涡轮压缩机5。
涡轮压缩机5对蒸发的制冷剂气体X4进行压缩且作为压缩制冷剂气体X1向冷凝器2供给。涡轮压缩机5是具有对制冷剂气体X4进行压缩的第1压缩级11以及对被压缩了一个阶段的制冷剂进一步进行压缩的第2压缩级12的2级压缩机。
在第1压缩级11设置有叶轮13，在第2压缩级12设置有叶轮14，它们通过旋转轴15被连接。涡轮压缩机5具有电机10，通过电机10使叶轮13和叶轮14旋转来压缩制冷剂。叶轮13和叶轮14是径向叶轮，沿着半径方向导出在轴方向上吸取的制冷剂。
在吸气管5c设置有用于调节第1压缩级11的吸入量的入口导流叶片16。入口导流叶片16能够旋转，以使得能够变更从制冷剂气体X4的流动方向观察时的表观上的面积。在叶轮13和叶轮14的周围分别设置有扩散器(diffuser)流路，在该扩散器流路上对沿着半径方向导出的制冷剂进行压缩和升压。另外，还能够通过在该扩散器流路的周围设置的涡旋流路向下一个压缩级供给制冷剂。在叶轮14的周围设置有出口节流阀17，该出口节流阀17能够控制从排气管5a排出的排出量。
另外，涡轮压缩机5具有密闭型的框体20。框体20的内部被划分成压缩流路空间S1、第1轴承容纳空间S2、电机容纳空间S3、齿轮单元容纳空间S4、以及第2轴承容纳空间S5。
在压缩流路空间S1中设置有叶轮13和叶轮14。连接叶轮13和叶轮14的旋转轴15被设置成贯穿插入于压缩流路空间S1、第1轴承容纳空间S2、齿轮单元容纳空间S4。在第1轴承容纳空间S2中设置有支承旋转轴15的轴承21。
在电机容纳空间S3中设置有定子22、转子23、以及与转子23连接的旋转轴24。该旋转轴24被设置成贯穿插入于电机容纳空间S3、齿轮单元容纳空间S4、第2轴承容纳空间S5。在第2轴承容纳空间S5中设置有支承旋转轴24的负载相反侧的轴承31。在齿轮单元容纳空间S4中设置有齿轮单元25、轴承26和轴承27、以及油箱28。
齿轮单元25具有固定于旋转轴24的大径齿轮29、以及固定于旋转轴15并且与大径齿轮29啮合的小径齿轮30。齿轮单元25以旋转轴15的转速相对于旋转轴24的转速增加(增速)的方式传递旋转力。轴承26支承旋转轴24。轴承27支承旋转轴15。油箱28储存向轴承21、轴承26、轴承27以及轴承31等各滑动部位供给的润滑油。
在这样的框体20中，在压缩流路空间S1与第1轴承容纳空间S2之间，设置有对旋转轴15的周围进行密封的密封机构32和密封机构33。另外，在框体20中，在压缩流路空间S1与齿轮单元容纳空间S4之间，设置有对旋转轴15的周围进行密封的密封机构34。另外，在框体20中，在齿轮单元容纳空间S4与电机容纳空间S3之间，设置有对旋转轴24的周围进行密封的密封机构35。另外，在框体20中，在电机容纳空间S3与第2轴承容纳空间S5之间，设置有对旋转轴24的周围进行密封的密封机构36。
电机容纳空间S3经由流路R6与冷凝器2连接。制冷剂液X2从冷凝器2经过流路R6被供给至电机容纳空间S3。被供给至电机容纳空间S3的制冷剂液X2在定子22的周围流通，通过与定子22及其周围之间的热交换来冷却电机容纳空间S3。电机容纳空间S3经由流路R6与蒸发器4连接。在电机容纳空间S3中吸收了热量的制冷剂液X2经过流路R7被供给至蒸发器4。
油箱28具有供油泵37。供油泵37经由例如流路R8与第2轴承容纳空间S5连接。润滑油从油箱28经过流路R8被供给至第2轴承容纳空间S5。向第2轴承容纳空间S5供给的润滑油被供给至轴承31，来确保旋转轴24的滑动部位的润滑性并且抑制(冷却)滑动部位的发热。第2轴承容纳空间S5经由流路R9与油箱28连接。向第2轴承容纳空间S5供给的润滑油经过流路R9回归至油箱28。
在具有这样的结构的本实施方式的涡轮冷冻机1中，压缩制冷剂气体X1在冷凝器2中被冷却水冷却而冷凝，且通过加热冷却水而排热。在冷凝器2中通过冷凝而产生的制冷剂液X2被膨胀阀6减压而被供给至节能器3，且分离了制冷剂的气相成分X3后被膨胀阀7进一步减压而被供给至蒸发器4。此外，制冷剂的气相成分X3经由流路R3被供给至涡轮压缩机5。
向蒸发器4供给的制冷剂液X2通过在蒸发器4中蒸发而吸收冷水的热量来对冷水进行冷却。由此，实质上冷却前的冷水的热量被输送至向冷凝器2供给的冷却水。因制冷剂液X2蒸发而产生的制冷剂气体X4被供给至涡轮压缩机5而被压缩后，再次被供给至冷凝器2。
另外，在冷凝器2中存留的制冷剂液X2的一部分经由流路R6被供给至电机容纳空间S3。经由流路R6被供给至电机容纳空间S3的制冷剂液X2冷却被容纳于电机容纳空间S3中的电机10后，经由流路R7返回至蒸发器4。
另外，在流路R8中流动的润滑油被供给至第1轴承容纳空间S2、第2轴承容纳空间S5以及齿轮单元容纳空间S4，使轴承21和齿轮单元25等的滑动阻力减少。
接着，参照图2，对流路R3和节能器连结管5b进行详细地说明。流路R3和节能器连结管5b使被节能器3分离的制冷剂的气相成分X3对涡轮压缩机5内的压缩制冷剂气体X1的流(主流)合流。这些流路R3和节能器连结管5b作为回流部发挥作用，该回流部使被节能器3分离的制冷剂的气相成分X3回流至涡轮压缩机5。
流路R3是相同直径的配管，直径被设定成使流路R3和节能器连结管5b整体的压力损失成为能够使被节能器3气液分离的制冷剂的气相成分X3的大致总量从节能器3流入流路R3的值。
如图2所示，在本实施方式的涡轮冷冻机1中，被节能器3分离的制冷剂的气相成分X3回流的涡轮压缩机5的回流位置为弯管20a。在此，将弯管20a作为第1流路R10。该弯管20a是入口20b和出口20c朝向相反方向的180°弯管。节能器连结管5b从切线方向与这样的弯管20a连接。节能器连结管5b具有节流流路，该节流流路与弯管20a直接连接，并且从流路R3侧朝向弯管20a缩径。这样的节能器连结管5b使从流路R3流入的制冷剂的气相成分X3的流速增加，以沿着在弯管20a内流动的压缩制冷剂气体X1的方式从切线方向对弯管20a供给上述制冷剂的气相成分X3。因此，在流路R3中流动的制冷剂的气相成分X3沿着在弯管20a中流动的压缩制冷剂气体合流。
具有这样的结构的本实施方式的涡轮冷冻机1具有节能器连结管5b，该节能器连结管5b具有节流流路。
即，在包含被供给来自节能器3的制冷剂的气相成分X3的涡轮压缩机5在内的本实施方式的涡轮冷冻机1中，涡轮压缩机5包含：弯管20a，其中流动压缩制冷剂气体X1；节能器连结管5b，其连接于弯管20a及流路R3，在流路R3中流动制冷剂的气相成分X3，节能器连结管5b的直径从流路R3朝向弯管20a缩小。
换言之，在包含被供给来自节能器3的制冷剂的气相成分X3的涡轮压缩机5在内的本实施方式的涡轮冷冻机1中，涡轮压缩机5包含：弯管20a，其中流动压缩制冷剂气体X1；节能器连结管5b，其连接于弯管20a及流路R3，在流路R3中流动制冷剂的气相成分X3，弯管20a侧的节能器连结管5b的直径比流路R3侧的节能器连结管5b的直径小。
因此，能够扩大相当于入口部分的节能器3侧的流路R3的流路面积且使朝向弯管20a内排出的制冷剂的气相成分X3的速度增加。因此，根据本实施方式的涡轮冷冻机1，能够抑制将节能器连结管5b与流路R3加在一起的整体的压力损失的增大，来良好地进行节能器3中的气液分离，并且使与弯管20a的主流合流时的加速损失降低。
另外，根据本实施方式的涡轮冷冻机1，从节能器连结管5b向弯管20a供给的制冷剂的气相成分X3沿着在弯管20a中流动的压缩制冷剂气体X1的流被供给。因此，能够抑制当制冷剂的气相成分X3与压缩制冷剂气体X1混合时产生紊流，且抑制弯管20a内的损失提高。
另外，在本实施方式的涡轮冷冻机1中，在节能器3中分离的制冷剂的气相成分X3回流的涡轮压缩机5的回流位置为弯管20a，从该弯管20a的切线方向向弯管20a内供给上述制冷剂的气相成分X3。因此，能够通过简单的结构使制冷剂的气相成分X3沿着压缩制冷剂气体X1的流合流。
以上，参照附图，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式。在上述实施方式中示出的各结构部件的各种形状和组合等是一例，能够在不脱离本发明的主旨的范围内基于设计要求等进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，对被节能器3分离的制冷剂的气相成分X3回流的位置是弯管20a的结构进行了说明。但是，本发明不限定于此，例如当涡轮压缩机具有直管时，也能够使该直管为制冷剂的气相成分X3的回流位置。优选的是，此时也将回流的制冷剂的气相成分X3尽可能以沿着上述直管内的主流的方式供给至直管内。
另外，在上述实施方式中，对从切线方向对弯管20a供给制冷剂的气相成分X3的结构进行了说明。但是，本发明不限定于此，也可以是，制冷剂的气相成分X3呈螺旋状地被供给至弯管20a等的主流流动的配管。
另外，在上述实施方式中，说明了对弯管20a仅设置一处节能器连结管5b的结构。但是，本发明不限定于此，也可以是，将多个节能器连结管5b与弯管20a连接，且以与各节能器连结管5b连接的方式使流路R3分路。
换言之，还可以具有：第3流路，其中流动来自与节能器连结管5b不同的节能器连结管5x的制冷剂的气相成分X3；以及其他连结管，其与弯管20a连接，且与节能器连结管5b分开设置。
虽然在上述实施方式中将弯管20a作为第1流路R10，但第1流路R10不限定于弯管20a，也可以使用本领域中通常使用的接头等。
产业上的可利用性
根据本发明，回流部具有节流部。因此，在节能器侧的回流部的入口部分能够扩大流路面积且使从回流部排出的制冷剂的气相成分的速度增加。因此，根据本发明，能够抑制回流部中的压力损失的增大来良好地进行节能器中的气液分离，并且能够降低与涡轮压缩机内的主流合流时的加速损失。
标号说明
1：涡轮冷冻机；2：冷凝器；2a、4a：传热管；3：节能器；4：蒸发器；5：涡轮压缩机；5a：排气管；5b：节能器连结管(回流部)；5c：吸气管；6、7：膨胀阀；10：电机；11：第1压缩级；12：第2压缩级；13、14：叶轮；15、24：旋转轴；16：入口导流叶片；17：出口节流阀；20：框体；20a：弯管；20b：入口；20c：出口；21、26、27、31：轴承；22：定子；23：转子；25：齿轮单元；28：油箱；29：大径齿轮；30：小径齿轮；32、33、34、35、36：密封机构；37：供油泵；R1、R2、R4、R5、R6、R7、R8、R9：流路；R3：流路(回流部)；S1：压缩流路空间；S2：第1轴承容纳空间；S3：电机容纳空间；S4：齿轮单元容纳空间；S5：第2轴承容纳空间；X1：压缩制冷剂气体；X2：制冷剂液；X3：制冷剂的气相成分；X4：制冷剂气体。

Claims (9)

1.一种涡轮冷冻机，其包含被供给来自节能器的制冷剂的气相成分的涡轮压缩机，其中，
所述涡轮压缩机包含：第1流路，其中流动压缩制冷剂气体；以及连结管，其连接于所述第1流路及第2流路，在所述第2流路中流动所述制冷剂的气相成分，所述连结管的直径从所述第2流路朝向所述第1流路缩小。
2.根据权利要求1所述的涡轮冷冻机，其中，
所述第2流路及所述连结管的整体的压力损失是能够使所述制冷剂的气相成分从所述节能器流入所述第2流路的值。
3.根据权利要求1所述的涡轮冷冻机，其中，
构成所述第2流路的配管具有相同的直径。
4.根据权利要求1所述的涡轮冷冻机，其中，
在所述第2流路中流动的所述制冷剂的气相成分沿着在所述第1流路中流动的所述压缩制冷剂气体合流。
5.根据权利要求1所述的涡轮冷冻机，其中，
所述第1流路由弯管构成。
6.根据权利要求5所述的涡轮冷冻机，其中，
所述弯管的出口相对于入口的角度是180度。
7.根据权利要求5所述的涡轮冷冻机，其中，
在所述第2流路中流动的所述制冷剂的气相成分呈螺旋状地被供给至所述弯管。
8.根据权利要求5所述的涡轮冷冻机，其中，
该涡轮冷冻机还具有：第3流路，其中流动来自与所述节能器不同的节能器的制冷剂的气相成分；以及
其他连结管，其与所述连结管分开设置，且与所述弯管连接。
9.一种涡轮冷冻机，其包含被供给来自节能器的制冷剂的气相成分的涡轮压缩机，其中，
所述涡轮压缩机包含连结管，所述连结管连接于第1流路及第2流路，在所述第1流路中流动压缩制冷剂气体，在所述第2流路中流动所述制冷剂的气相成分，所述第1流路侧的所述连结管的直径比所述第2流路侧的所述连结管的直径小。
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