CN106321499B - 涡轮机和制冷循环装置 - Google Patents

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Abstract

本公开的涡轮机具备旋转轴、第一轴承、外壳、叶轮、第一空间、第二空间、贮存槽、第一排出通路、供给通路、泵、主路径以及副路径。第二空间与形成于第一轴承的轴承面与旋转轴的外周面之间的间隙相连通。主路径与第二空间连通且从旋转轴的端部沿着旋转轴的轴线方向在旋转轴的内部延伸。副路径形成于旋转轴的内部，使第一轴承的轴承面和旋转轴的外周面之间的间隙与主路径相连通。

Description

涡轮机和制冷循环装置
技术领域
本公开涉及涡轮机和制冷循环装置。
背景技术
以往，已知有具备涡轮机作为用于将在蒸发器中蒸发出的制冷剂气体压缩并向冷凝器输送的压缩机的制冷机。
例如，如图8所示，在专利文献1中记载了一种具备压缩机301、蒸发器302、冷凝器304、冷却塔316以及冷却水泵318的制冷机300。在制冷机300中，使用水作为制冷剂。压缩机301具有旋转轴310、叶轮312以及轴承320。在压缩机301中，水作为润滑剂被供给到轴承320。具体而言，利用冷却水泵318的排出压，向冷凝器304供给的冷却水的一部分被输送至轴承320。
图9是将图8所示的压缩机301的轴承320以及将设置有该轴承320的空间与压缩室323隔开的密封部330附近的构造局部放大而概略地示出的图。密封部330在壳体322内将设置有轴承320的空间与压缩室323之间隔开，在压缩室323和与该压缩室323相邻的轴承320之间的位置固定于壳体322的内面。该密封部330包括环状的非接触型密封件，相对于旋转轴310以保持有游隙的状态外嵌。压缩室323相对于设置有轴承320的空间为负压，所以设置有轴承320的空间内的润滑剂的一部分经过密封部330与旋转轴310之间的间隙而被吸入到压缩室323侧。此时，密封部330抑制大量的润滑水被急剧地向压缩室323吸引。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-31698号公报
发明内容
作为专利文献1所记载的制冷机300中所使用的压缩机301的涡轮机在可靠性上还具有提高的余地。于是，本公开的目的在于提供一种具有高可靠性的涡轮机。
本公开提供一种涡轮机，具备：
旋转轴；
第一轴承，其至少在所述旋转轴的半径方向上支承所述旋转轴；
外壳，其形成供工作流体流入的吸入空间；
叶轮，其在所述外壳的内部固定于所述旋转轴，将通过所述旋转轴的旋转而流入到所述吸入空间的所述工作流体压缩并向所述外壳的外部排出；
贮存润滑液的第一空间，其在所述旋转轴的轴线方向上在所述叶轮与所述第一轴承之间形成于所述旋转轴的周围，与形成于所述第一轴承的轴承面与所述旋转轴的外周面之间的间隙相连通；
贮存所述润滑液的第二空间，在从所述第一轴承观察时，该第二空间在所述旋转轴的轴线方向上形成在与所述叶轮相反的一侧，与形成于所述第一轴承的轴承面与所述旋转轴的外周面之间的间隙相连通；
贮存所述润滑液的贮存槽；
第一排出通路，其使所述贮存槽的内部空间与所述第一空间相连通，用于使所述润滑液从所述第一空间向所述贮存槽流动；
供给通路，其使所述贮存槽的内部空间与所述第二空间相连通，用于使所述润滑液从所述贮存槽向所述第二空间流动；
泵，其配置于所述供给通路，向所述第二空间压送所述润滑液；
主路径，其与所述第二空间连通且从所述旋转轴的端部沿着所述旋转轴的轴线方向在所述旋转轴的内部延伸，用于使贮存于所述第二空间的所述润滑液沿着所述旋转轴的轴线方向流动；以及
副路径，其形成于所述旋转轴的内部，使所述第一轴承的所述轴承面和所述旋转轴的外周面之间的间隙与所述主路径相连通，用于使所述润滑液从所述主路径向所述第一轴承的所述轴承面和所述旋转轴的外周面之间的间隙流动。
上述的涡轮机具有高可靠性。
附图说明
图1是示出第1实施方式的涡轮机中的润滑液的流动的剖视图。
图2是示出第1实施方式的变形例的涡轮机中的润滑液的流动的剖视图。
图3是示出第2实施方式的涡轮机中的润滑液的流动的剖视图。
图4是示出第3实施方式的涡轮机中的润滑液的流动的剖视图。
图5是示出第3实施方式的变形例的涡轮机中的润滑液的流动的剖视图。
图6是示出本公开的制冷循环装置的一例的结构图。
图7是示出本公开的制冷循环装置的另一例的结构图。
图8是示出具备作为压缩机的涡轮机的以往的制冷机的结构图。
图9是将图8所示的压缩机的一部分放大而概略地示出的图。
具体实施方式
在使用润滑油作为制冷循环装置的压缩机的轴承的润滑剂的情况下，润滑剂的粘度可能会因润滑油溶入制冷剂或者混合产生悬浊液而降低，从而会导致润滑性能降低。另外，若润滑油流出到制冷循环装置中，则会成为热阻而可能使制冷循环装置的性能降低。尤其是，在如专利文献1所记载的制冷机300那样使用水作为制冷剂的情况下，难以使用润滑油作为制冷循环装置的压缩机的轴承的润滑剂。润滑油与水混合而产生悬浊液，润滑剂的粘度降低而润滑性能有可能显著降低。另外，若该悬浊液流出到制冷循环装置中，则润滑油会成为热阻而可能使制冷循环装置的性能降低。于是，在专利文献1所记载的制冷机300中，向轴承320供给作为制冷剂的水作为润滑剂。
在专利文献1所记载的制冷机300中，利用冷却水泵318的排出压将作为润滑剂的水送至轴承320，压缩机301的可靠性依赖于冷却水泵318的能力。在涡轮机所使用的滑动轴承中，涡轮机的旋转轴的周速高，所以发热量大。根据冷却水泵318的能力的不同，作为润滑剂向轴承320供给的水的压力可能会不足。在该情况下，润滑剂的量不足而压缩机301的可靠性可能降低。因而，为了提高压缩机301的可靠性，需要冷却水泵318具有高的能力，冷却水泵318会花费巨大的成本。
在使用具有高的能力的泵作为冷却水泵318的情况下，能够为了冷却轴承320而向轴承320供给大量的润滑剂。但是，大量的润滑剂有可能经过密封部330与旋转轴310之间的间隙而被急剧地向压缩室323吸引。因而，润滑剂可能与叶轮312碰撞而招致叶轮312破损。
通过提高密封部330的密封性能，能够防止润滑剂与叶轮312碰撞。但是，由于密封部330包括环状的非接触型密封件，所以难以使密封部330与旋转轴310的间隙的宽度比轴承320与旋转轴310之间的间隙的宽度窄，提高密封部330的密封性能存在极限。
为了提高密封性能，也可考虑取代密封部330而使用迷宫型等非接触型密封件。但是，该情况下，密封件内的流体力有可能使旋转轴310产生自激振动而使作为涡轮机的压缩机301的振动增大。另外，为了提高密封性能，也可考虑取代密封部330而使用接触型密封件，但会产生由旋转轴310与接触型密封件之间的摩擦引起的机械损失而使涡轮机的性能降低。
本公开的第1技术方案提供一种涡轮机，具备：
旋转轴；
第一轴承，其至少在所述旋转轴的半径方向上支承所述旋转轴；
外壳，其形成供工作流体流入的吸入空间；
叶轮，其在所述外壳的内部固定于所述旋转轴，将通过所述旋转轴的旋转而流入到所述吸入空间的所述工作流体压缩并向所述外壳的外部排出；
贮存润滑液的第一空间，其在所述旋转轴的轴线方向上在所述叶轮与所述第一轴承之间形成于所述旋转轴的周围，与形成于所述第一轴承的轴承面与所述旋转轴的外周面之间的间隙相连通；
贮存所述润滑液的第二空间，在从所述第一轴承观察时，该第二空间在所述旋转轴的轴线方向上形成在与所述叶轮相反的一侧，与形成于所述第一轴承的轴承面与所述旋转轴的外周面之间的间隙相连通；
贮存所述润滑液的贮存槽；
第一排出通路，其使所述贮存槽的内部空间与所述第一空间相连通，用于使所述润滑液从所述第一空间向所述贮存槽流动；
供给通路，其使所述贮存槽的内部空间与所述第二空间相连通，用于使所述润滑液从所述贮存槽向所述第二空间流动；
泵，其配置于所述供给通路，向所述第二空间压送所述润滑液；
主路径，其与所述第二空间连通且从所述旋转轴的端部沿着所述旋转轴的轴线方向在所述旋转轴的内部延伸，用于使贮存于所述第二空间的所述润滑液沿着所述旋转轴的轴线方向流动；以及
副路径，其形成于所述旋转轴的内部，使所述第一轴承的所述轴承面和所述旋转轴的外周面之间的间隙与所述主路径相连通，用于使所述润滑液从所述主路径向所述第一轴承的所述轴承面和所述旋转轴的外周面之间的间隙流动。
根据第1技术方案，贮存于第二空间的润滑液经过主路径和副路径而向第一轴承供给。此时，随着旋转轴的转速的增加，对经过副路径的润滑液施加的离心力也增加，所以能够随着旋转轴的转速的增加而提高向第一轴承供给的润滑液的压力。另外，由于第二空间与形成于第一轴承的轴承面与旋转轴的外周面之间的间隙相连通，所以供给到第一轴承的润滑液的一部分在返回第二空间之后，再次流入主路径。换言之，润滑液在第二空间与第一轴承之间循环。由此，能够有效地冷却第一轴承。另外，由于可抑制向第一空间流出的润滑液的量，所以能够防止大量的润滑液流入吸入空间而叶轮破损。其结果，第1技术方案的涡轮机具有高可靠性。
本公开的第2技术方案提供一种涡轮机，该涡轮机在第1技术方案的基础上，还具备第二排出通路，该第二排出通路使所述贮存槽的内部空间与所述第二空间相连通，用于使所述润滑液从所述第二空间向所述贮存槽流动。根据第2技术方案，能够通过第二排出通路使所述润滑液从第二空间向所述贮存槽流动。由此，经过供给通路从贮存槽向第二空间供给的润滑液的量比通过第一排出通路而从第一空间排出的润滑液的量多。由于能够将在第二空间与第一轴承之间循环的润滑液的一部分连续地置换为贮存于贮存槽的润滑液，所以能够有效地冷却第一轴承。另外，由于无需配合旋转轴的转速来调整利用泵向第二空间供给的润滑液的供给流量，所以能够简化泵的结构，并且能够切实地有效地冷却第一轴承。
本公开的第3技术方案提供一种涡轮机，该涡轮机在第2技术方案的基础上，还具备：第二轴承，在从所述第一空间观察时，该第二轴承在所述旋转轴的轴线方向上配置在与所述叶轮相反的一侧的比所述第一空间靠近所述旋转轴的所述端部的位置，至少在所述旋转轴的轴线方向上支承所述旋转轴；和减压器，其配置于所述第二排出通路，使所述润滑液的压力降低，所述工作流体是常温下的饱和蒸汽压为负压的流体，所述第一空间与所述吸入空间相连通。根据第3技术方案，由于第一空间与吸入空间相连通，所以第一空间的压力与吸入空间中的压力基本上相等。另一方面，由于在第二排出通路配置有减压器，所以通过比吸入空间中的压力高的压力来向第二空间供给润滑液。因而，在主路径和副路径中能够防止在润滑液中产生气蚀。其结果，在主路径和副路径中能够防止润滑液包含气体，能够提高向第一轴承供给的润滑液的压力。另外，由于工作流体是常温下的饱和蒸汽压为负压的流体，所以即使涡轮机的压缩比高，也能够使第二轴承承受的旋转轴的轴线方向的载荷(轴向载荷)非常小。
本公开的第4技术方案提供一种涡轮机，该涡轮机在第3技术方案的基础上，所述旋转轴包括具有朝向所述旋转轴的所述端部而缩小的外径的锥面，所述第二轴承是具有如下的轴承面的锥轴承，该轴承面形成具有朝向所述旋转轴的所述端部而缩小的内径的锥孔，并与所述锥面相对。根据第4技术方案，在旋转轴的端部与第二空间相接的情况下，能够减少由于随着旋转轴的旋转而搅拌贮存于第二空间的润滑液而产生的损失。
本公开的第5技术方案提供一种涡轮机，该涡轮机在第1技术方案～第4技术方案中任一技术方案的基础上，所述第一轴承在所述旋转轴的外周面中的所述副路径的流出口的周围具有在所述第一轴承的所述轴承面形成的环状的槽。根据第5技术方案，在旋转轴的外周面与第一轴承的轴承面之间的间隙处，通过旋转轴的旋转而在副路径中被提高了的润滑液的压力的影响所波及的范围扩大。由此，能够切实地提高向旋转轴的外周面与第一轴承的轴承面之间的间隙供给的润滑液的压力。
本公开的第6技术方案提供一种涡轮机，该涡轮机在第1技术方案～第5技术方案中任一技术方案的基础上，还具备气液分离器，该气液分离器配置于所述第一排出通路，将所述润滑液所包含的气体和所述润滑液分离。根据第6技术方案，由于通过气液分离器将润滑液所包含的气体从润滑液分离，所以可防止由于第一排出通路被润滑液所包含的气体堵塞而导致贮存于第一空间的润滑液的排出受阻。其结果，能够防止第一空间的润滑液流入吸入空间而叶轮破损。
本公开的第7技术方案提供一种制冷循环装置，具备：
权利要求1～6中任一项所述的涡轮机；
冷凝器，其使由所述涡轮机压缩后的工作流体冷凝并且作为制冷剂液而贮存；以及
连通路，其使所述冷凝器的内部空间与所述贮存槽的内部空间相连通，用于使所述制冷剂液从所述冷凝器向所述贮存槽流动，
所述贮存槽将所述制冷剂液作为所述润滑液而贮存，并且兼用作使所述制冷剂液蒸发而向所述吸入空间供给的蒸发器。
根据第7技术方案，能够将涡轮机的贮存槽用作制冷循环装置的蒸发器。另外，能够将制冷循环装置的制冷剂用作涡轮机的第一轴承的润滑液。
以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。此外，以下的说明涉及本发明的一例，本发明不限于此。
<涡轮机>
(第1实施方式)
如图1所示，涡轮机1a具备旋转轴10、第一轴承20、外壳50、叶轮12、第一空间40、第二空间41、贮存槽45、第一排出通路42、供给通路44、泵46、主路径31以及副路径32。涡轮机1a例如构成为离心型、轴流型或斜流型的流体机械。旋转轴10例如在水平方向上延伸。第一轴承20至少在旋转轴10的半径方向上支承旋转轴10。第一轴承20是在第一轴承20与旋转轴10的外周面之间介有润滑液而包围旋转轴10的零件。第一轴承20是支承旋转轴10的至少径向的载荷的滑动轴承。外壳50形成供涡轮机1a的工作流体流入的吸入空间14。由外壳50的内周面形成吸入空间14。叶轮12在外壳50的内部固定于旋转轴10。叶轮12将通过旋转轴10的旋转而流入到吸入空间14的工作流体压缩并向外壳50的外部排出。第一轴承20收纳在外壳50的内部的比叶轮12靠近旋转轴10的端部11的位置。
第一空间40和第二空间41形成于外壳50的内部。第一空间40在旋转轴10的轴线方向上在叶轮12与第一轴承20之间形成于旋转轴10的周围，与形成在第一轴承20的轴承面与旋转轴10的外周面之间的间隙相连通。在第一空间40贮存润滑液。例如，在外壳50的内部形成有隔壁15，由包含隔壁15的外壳50的内周面和第一轴承20的端面形成第一空间40。旋转轴10贯穿第一空间40而延伸。在隔壁15与旋转轴10之间形成有环状的间隙，该间隙的宽度比第一轴承20的轴承面与旋转轴10的外周面之间的间隙的宽度大。此外，若旋转轴10不与隔壁15接触，则隔壁15与旋转轴10之间的间隙也可以形成为环状以外的形状。在从第一轴承20观察时，第二空间41在旋转轴10的轴线方向上形成在与叶轮12相反的一侧，与形成在第一轴承20的轴承面与旋转轴10的外周面之间的间隙相连通。在第二空间41贮存润滑液。在贮存槽45贮存润滑液。第一排出通路42是使贮存槽45的内部空间与第一空间40相连通的、用于使润滑液从第一空间40向贮存槽45流动的通路。供给通路44是使贮存槽45的内部空间与第二空间41相连通的、用于使润滑液从贮存槽45向第二空间41流动的通路。泵46配置于供给通路44。泵46将润滑液向第二空间41压送。由此，贮存于贮存槽45的润滑液经过供给通路44而适量地(不多不少地)被供给到第二空间41，供给的润滑液被贮存于第二空间41。
在旋转轴10的内部形成有包含主路径31和副路径32的润滑液供给路径30。主路径31是与第二空间41连通且从旋转轴10的端部11沿着旋转轴10的轴线方向在旋转轴10的内部延伸的、用于使贮存于第二空间41的润滑液沿着旋转轴10的轴线方向流动的路径。主路径31从在旋转轴10的端部11形成的流入口33沿着旋转轴10的轴线方向延伸。旋转轴10的端部11例如浸渍在贮存于第二空间41的润滑液中。副路径32是形成于旋转轴10的内部且使第一轴承20的轴承面与旋转轴10的外周面之间的间隙和主路径31相连通的、用于使润滑液从主路径31向第一轴承20的轴承面与旋转轴10的外周面之间的间隙流动的路径。副路径32从主路径31分支并延伸至在旋转轴10的外周面形成的流出口35。副路径32的流出口35与第一轴承20的轴承面相对。润滑液供给路径30例如包括在旋转轴10的周向上配置的4个副路径32。润滑液供给路径30也可以包括在旋转轴10的周向上配置的1个副路径或2～3个副路径或5个以上的副路径32。
旋转轴10与电动机(省略图示)相连接。旋转轴10和叶轮12通过电动机工作而旋转。由此，工作流体流入吸入空间14，在被压缩了的状态下向涡轮机1a的外部排出。
在涡轮机1a的运转期间，旋转轴10旋转。旋转轴10的外周面与第一轴承20的轴承面之间的间隙的宽度被设定成在涡轮机1a的运转期间能够通过润滑液进行流体润滑。在该情况下，旋转轴10与第一轴承20不进行固体接触，因存在于旋转轴10的外周面与第一轴承20的轴承面之间的间隙的润滑液的剪切阻力而产生机械损失。在此，若不适当地冷却第一轴承20，则由于机械损失所导致的发热，旋转轴10的外周面与第一轴承20的轴承面之间的间隙会因热膨胀而变小。另外，若润滑液的温度由于机械损失所导致的发热而上升，则润滑液的粘度会降低，因此，即使应该支承的旋转轴10的径向的载荷不变，偏心率也变大。因而，旋转轴10的外周面与第一轴承20的轴承面之间的间隙的最小值变小。其结果，若不适当地冷却第一轴承20，则固体表面的一部分会在旋转轴10与第一轴承20之间的间隙发生接触，在第一轴承20的轴承面处可能会产生“擦伤”等异常磨损。
如图1所示，在涡轮机1a中，润滑液在润滑液供给路径30、特别是副路径32中通过与旋转轴10的旋转相伴的离心力而被加压，加压状态的润滑液被供给到旋转轴10与第一轴承20之间的间隙。图1的箭头概念地表示旋转轴10旋转时的润滑液的流动。此外，图2～图5中的箭头也同样概念地表示润滑液的流动。通过流入口33而流入到主路径31的润滑液沿着旋转轴10的轴线方向在主路径31中流动。之后，润滑液被导入副路径32，通过副路径32而从流出口35流出。这样，润滑液供给路径30作为利用了旋转轴10的旋转的泵机构发挥功能，具有预定的压力的润滑液被供给到旋转轴10与第一轴承20之间。由于作用于通过副路径32的润滑液的离心力随着旋转轴10的转速的增加而增加，所以能够随着旋转轴10的转速的增加而提高向旋转轴10与第一轴承20之间供给的润滑液的压力。
如图1所示，第一轴承20例如具有环状的槽36。槽36在旋转轴10的外周面中的副路径32的流出口35的周围形成于第一轴承20的轴承面。例如，旋转轴10的轴线方向上的槽36的宽度比旋转轴10的轴线方向上的流出口35的宽度大。通过形成有槽36，通过旋转轴的旋转而在副路径32中被提高了的润滑液的压力的影响所波及的范围从流出口35附近的区域扩大至槽36的内部的整体。由此，能够可靠地提高向旋转轴10与第一轴承20之间的间隙供给的润滑液的压力。此外，第一轴承20有时也可以不具有槽36。
供给到旋转轴10与第一轴承20之间的润滑液形成向第一空间40流动的润滑液流和向第二空间41流动的润滑液流。向第二空间41流动的润滑液在通过旋转轴10与第一轴承20之间的间隙从而冷却了第一轴承20之后，向第二空间41流出。流出到第二空间41的润滑液的一部分再次流入润滑液供给路径30。这样，通过润滑液在第一轴承20与第二空间41之间循环，能够有效地冷却第一轴承20。另外，由于润滑液在形成于旋转轴10内部的润滑液供给路径30中流动，所以能够有效地冷却旋转轴10。
向第一空间40流动的润滑液在通过旋转轴10与第一轴承20之间的间隙从而冷却了第一轴承20之后，向第一空间40流出。第一空间40通过第一排出通路42而与贮存槽45的内部空间相连通。因而，流出到第一空间40的润滑液通过第一排出通路42而被导入贮存槽45，之后利用泵46使其穿过供给通路44而再次供给到第二空间41。
如上所述，由于润滑液在第一轴承20与第二空间41之间循环，所以即使不增加向第一空间40流出的润滑液的量，也能够提高第一轴承20的冷却效果。由此，能够抑制向第一空间40流出的润滑液的量。因而，即使不在旋转轴10的轴线方向上的第一空间40与吸入空间14之间的旋转轴10的外周面附近配置用于密封的零件，也能够防止大量的润滑液流入吸入空间14。其结果，既能防止由润滑液向吸入空间14的流入引起的叶轮的破损，又能提高第一轴承20的冷却效果，因此，涡轮机1a具有高可靠性。另外，由于能够减少与工作流体一起从涡轮机1a排出的润滑液的量，所以例如在制冷循环装置具备涡轮机1a的情况下，能够防止制冷循环装置的性能降低，能够提供高性能的制冷循环装置。
在旋转轴10旋转时，泵46优选始终工作，但泵46有可能因某些理由而停止。例如，即使向泵46和连接于旋转轴10的电动机的电力供给由于停电等理由而停止，若在第二空间41中贮存有足够量的润滑液，则只要旋转轴10旋转就能向第一轴承20供给润滑液。因而，第二空间41的容积优选是能够贮存足以使涡轮机1a安全停止的量的润滑液的容积。
供给到第一轴承20的润滑液的温度由于润滑液冷却第一轴承20而上升。从第一空间40排出的润滑液例如通过第一排出通路42而在贮存于贮存槽45的期间自然冷却。另外，为了在贮存槽45中可靠地冷却润滑液，涡轮机1a也可以具备冷却贮存槽45的内部空间的冷却器。冷却器只要能够冷却贮存槽45的内部空间即可，没有特别的制限，但例如由形成冷却用的热媒体的流路的配管或珀尔帖(Peltier)元件构成。在贮存槽45的内部配置有冷却器的情况下，为了防止润滑液吸收贮存槽45周围的热，优选贮存槽45的外周面由隔热材料覆盖，或者贮存槽45具有隔热构造。
涡轮机1a能够从各种各样的观点进行变更。例如，涡轮机1a也可以如图2所示的涡轮机1b那样进行变更。除了特别说明的情况以外，涡轮机1b具有与涡轮机1a相同的结构。涡轮机1b还具备配置于第一排出通路42的使润滑液所包含的气体与润滑液分离的气液分离器49。气液分离器49具备形成有预定容积的内部空间的容器。第一排出通路42的一部分由在气液分离器49的内部空间开口的配管42a形成。另外，第一排出通路42的另外的一部分由使气液分离器49的内部空间与贮存槽45的内部空间连通的连通配管42b形成。另外，气液分离器49与泵48相连接。
从第一空间40排出的润滑液通过配管42a而流入气液分离器49的内部空间。在气液分离器49的内部空间中，润滑液所包含的气体堆积在气液分离器49的内部空间的上方，润滑液堆积在气液分离器49的内部空间的下方。这样，气液分离器49将润滑液所包含的气体与润滑液分离。堆积在气液分离器49的内部空间的下方的润滑液通过连通配管42b而流入贮存槽45的内部空间。另一方面，堆积在气液分离器49的内部空间的上方的气体通过泵48工作而从气液分离器49的内部空间排出。由此，在从第一空间40排出的润滑液包含气体的情况下，能够防止第一排出通路42被该气体堵塞而导致贮存于第一空间41的润滑液的排出受阻。其结果，能够防止从第一空间41向吸入空间14流入大量的润滑液而导致叶轮12破损。
(第2实施方式)
接着，对第2实施方式的涡轮机1c进行说明。除了特别说明的情况以外，涡轮机1c与涡轮机1a同样地构成。对涡轮机1c的构成要素中与涡轮机1a的构成要素相同或对应的构成要素标注同一标号，省略详细的说明。与第1实施方式的说明只要技术上不矛盾就也适应于第2实施方式。
如图3所示，涡轮机1c还具备使贮存槽45的内部空间与第二空间41相连通的、用于使润滑液从第二空间41向贮存槽45流动的第二排出通路43。由此，通过供给通路44而从贮存槽45向第二空间41供给的润滑液的量比通过第一排出通路42而从第一空间40排出的润滑液的量多。因而，能够连续地将在第二空间41与第一轴承20之间循环的润滑液的一部分置换为贮存于贮存槽45的润滑液，所以能够有效地冷却第一轴承20。另外，通过在第二空间41中润滑液的对流变得活跃，能够有效地冷却与第二空间41相接的第一轴承20周围的部件。由此，涡轮机1c也具有高可靠性。
在旋转轴10高速旋转的情况下，在副路径32中润滑液承受的离心力随着旋转轴10的旋转而变大。在该情况下，在涡轮机1a中，需要由泵46向第二空间41供给润滑液，以使得在第二空间41中润滑液不会过量或不足。换言之，需要与涡轮机1a的旋转轴10的转速相匹配地由泵46适当调整润滑液向第二空间41的供给量。但是，涡轮机1c还具备第二排出通路43。因而，无需在从涡轮机1c的起动时到高速旋转时的期间内与旋转轴的转速的变动相匹配地由泵46细微地调整润滑液向第二空间41的供给量。例如，能够将由泵46实现的润滑液的供给量与涡轮机1c高速旋转时所需的润滑液向第二空间41的供给量相匹配地设定为恒定。由此，能够简化用于泵46的反馈控制的、检测涡轮机1c的旋转轴10的转速并进行反馈的机构或用于使由泵46实现的润滑液的供给量变化的变换器等装置。其结果，由于对泵46要求的性能受到限定，所以能够减少涡轮机1c的制造成本。
(第3实施方式)
接着，对第3实施方式的涡轮机1d进行说明。除了特别说明的情况以外，涡轮机1d与涡轮机1a同样地构成。对涡轮机1d的构成要素中与涡轮机1a的构成要素相同或对应的构成要素标注相同的标号，省略详细的说明。与第1实施方式相关的说明只要技术上不矛盾就也适用于第3实施方式。
如图4所示，涡轮机1d还具备使贮存槽45的内部空间与第二空间41相连通的、用于使润滑液从第二空间41向贮存槽45流动的第二排出通路43。另外，涡轮机1d还具备第二轴承21和减压器47。在从第一空间40观察时，第二轴承21在旋转轴10的轴线方向上配置在与叶轮12相反的一侧的比第一空间40更靠近旋转轴10的端部11的位置。第二轴承21至少在旋转轴10的轴线方向上支承旋转轴10。减压器47配置于第二排出通路43，使润滑液的压力降低。减压器47例如是膨胀阀或毛细管。通过减压器47能够调整向第一轴承20供给的润滑液的压力。另外，工作流体是常温(日本工业标准：20℃±15℃/JIS Z 8703)下的饱和蒸汽压为负压的流体。另外，如第1实施方式中所述，第一空间40与吸入空间14相连通。
工作流体只要常温下的饱和蒸汽压为负压即可，没有特别的限定，但例如是包含水、醇或醚作为主成分的流体。涡轮机1d例如以接近工作流体的饱和蒸汽压的压力进行运转。涡轮机1d的吸入空间14中的工作流体的压力例如为0.5～5kPaA。从涡轮机1d排出的工作流体的压力例如为5～15kPaA。
由于第一空间40与吸入空间14相连通，所以第一空间40的压力与吸入空间14中的压力基本上相等。另一方面，由于在第二排出通路43配置有减压器47，所以向第二空间41以比吸入空间14中的压力高的压力供给润滑液。因而，在主路径31和副路径32中，能够防止润滑液中产生气蚀。其结果，能够防止在主路径31和副路径32中润滑液包含气体，能够提高向第一轴承20供给的润滑液的压力。
在涡轮机1d中，例如，工作流体的一部分被用作应该向第一轴承20供给的润滑液。在该情况下，由于润滑液的压力与润滑液的饱和蒸汽压之差小，所以即使减小了润滑液的流动速度，润滑液流中的气蚀数仍然比较小。在此，气蚀数通过将润滑液的压力与润滑液的饱和蒸汽压之差除以根据润滑液的流动速度和润滑液的密度算出的动压来求出。为了使润滑液流入主路径31，需要将旋转轴10的端部11浸入贮存于第二空间41的润滑液，润滑液通过与旋转轴10的旋转相伴的搅拌而流动。因而，不容易减小润滑液的流动速度。这从抑制润滑液中产生气蚀的观点来看难以说是有利的。另外，由于涡轮机1d的旋转轴10的周速高，所以由摩擦引起的发热量大。除此之外，旋转轴10的周速越大，则在旋转轴10的外周面与第一轴承20的轴承面的间隙的宽度在旋转轴10的周向上相对较大的场所润滑液的压力越容易成为负压。这从在润滑液中抑制润滑液的蒸发和气蚀的产生的观点来看难以说是有利的。若因气蚀的产生或蒸发而在润滑液中包含气体，则由于气体密度小，所以气体几乎不会产生与旋转轴10的旋转相伴的离心力。因而，难以提高向第一轴承20供给的润滑液的压力，难以向第一轴承20供给足量的润滑液。但是，根据涡轮机1d，如上所述，向第二空间41以比吸入空间14中的压力高的压力供给润滑液。因而，即使在工作流体的一部分作为润滑液而向第一轴承20供给的情况下，也能够防止在润滑液供给径路30或润滑液供给路径30的附近在润滑液中产生气蚀。由此，能够抑制在润滑液供给径路30中流动的润滑液中包含气体，能够提高向第一轴承20供给的润滑液的压力。由此，能够在旋转轴10的外周面与第一轴承20的轴承面的间隙的宽度在旋转轴的周向上相对较大的场所防止润滑液的蒸发或气蚀的产生。其结果，能够有效地冷却第一轴承20，因而涡轮机1d具有高可靠性。
如图4所示，例如，在旋转轴10安装有被支承部件22。被支承部件22是从旋转轴10的外周面沿着旋转轴10的半径方向延伸的环状的部件，与第二轴承21相对。第二轴承21固定于外壳50，是使第二轴承21与被支承构件22之间介有润滑液而包围被支承部件22的零件。在第二轴承21的轴承面例如形成有台阶状、口袋状或螺旋状等形状的槽。由此，通过旋转轴10的旋转而在存在于第二轴承21与被支承部件22之间的润滑液产生动压，支承旋转轴10的轴向载荷。此外，由于工作流体是常温下的饱和蒸汽压为负压的流体，所以即使涡轮机1d具有高压缩比，旋转轴10的轴向载荷也非常小。因而，能够减小第二轴承21的尺寸。另外，如图4所示，例如，第二轴承21的外周面也可以与第二空间41相接。由此，第二轴承21被贮存于第二空间41的润滑液有效地冷却，涡轮机1d具有高可靠性。
涡轮机1d能够从各种各样的观点进行变更。例如，涡轮机1d可以如图5所示的涡轮机1e那样变更。除了特别说明的情况之外，涡轮机1e具有与涡轮机1d相同的结构。在涡轮机1e中，旋转轴10包括具有朝向旋转轴10的端部11而缩小的外径的锥面26。另外，第二轴承21是锥轴承25。锥轴承25具有轴承面25a，该轴承面25a形成具有朝向旋转轴10的端部11而缩小的内径的锥孔，且与锥面26相对。例如，第一轴承20的轴承面与旋转轴10的外周面之间的间隙和锥面26与锥轴承25的轴承面25a之间的间隙相连通。因而，经过润滑液供给路径30而被供给到第一轴承20的轴承面与旋转轴10的外周面之间的间隙的润滑液也被导入锥面26与锥轴承25的轴承面25a之间的间隙。其结果，通过被导入锥面26与锥轴承25的轴承面25a之间的间隙的润滑液而产生静压，能够由锥轴承25支承旋转轴10的轴向载荷。
根据涡轮机1e，由于旋转轴10包括锥面26，所以与第二空间41相接的旋转轴10的端部11的宽度小。由此，能够减少由于随着旋转轴10的旋转而搅拌贮存于第二空间41的润滑液而产生的损失。其结果，涡轮机1e除了具有高可靠性之外，还发挥高性能。
<制冷循环装置>
接着，对本公开的制冷循环装置的一例进行说明。如图6所示，制冷循环装置100a具备涡轮机1d、冷凝器4以及连通路5c，涡轮机1d的贮存槽45兼作为制冷循环装置100a的蒸发器2。冷凝器4使由涡轮机1d压缩后的工作流体冷凝并且将其作为制冷剂液而贮存。冷凝器4例如由具有隔热性和耐压性的容器形成。连通路5c使冷凝器4的内部空间与贮存槽45的内部空间相连通。连通路5c是用于使制冷剂液从冷凝器4向贮存槽45流动的流路。蒸发器2将制冷剂液作为润滑液贮存，并且使制冷剂液蒸发而向吸入空间14供给。蒸发器2例如由具有隔热性和耐压性的容器形成。此外，制冷循环装置100a中也可以取代涡轮机1d而具备涡轮机1a、涡轮机1b、涡轮机1c或涡轮机1e。
制冷循环装置100a具备主回路5、蒸发侧循环回路6以及冷凝侧循环回路7。主回路5是依次连接了蒸发器2、涡轮机1d以及冷凝器4的回路。蒸发器2的内部空间和涡轮机1d的吸入空间14通过流路5a而连通。供由涡轮机1d的叶轮12排出的工作流体流动的外壳50的内部空间和冷凝器4的内部空间通过流路5b而连通。在主回路5填充有例如以水、醇或醚为主成分的制冷剂，制冷剂的压力被保持为比大气压低的负压状态。制冷循环装置100a例如构成制冷专用的空气调节装置。
蒸发侧循环回路6具有吸热侧送液泵61和吸热用热交换器62。另外，蒸发侧循环回路6构成为：贮存于蒸发器2的制冷剂液由吸热侧送液泵61供给到吸热用热交换器62，由吸热用热交换器62吸热后的制冷剂返回蒸发器2。在蒸发侧循环回路6中，蒸发器2和吸热侧送液泵61的入口通过流路6a而连接。吸热侧送液泵61的出口和吸热用热交换器62的入口通过流路6b而连接。另外，吸热用热交换器62的出口和蒸发器2通过流路6c而连接。通过在蒸发器2中制冷剂蒸发而降温了的蒸发器2的内部的制冷剂液由吸热侧送液泵61压送至吸热用热交换器62。制冷剂液在吸热用热交换器62中被加热后返回蒸发器2。此外，在流路6c也可以设置有用于使在吸热用热交换器62中被吸热后的制冷剂减压的减压机构。吸热用热交换器62通过在吸热用热交换器62中制冷剂吸热来冷却室内的空气。
冷凝侧循环回路7具有放热侧送液泵71和放热用热交换器72。另外，冷凝侧循环回路7构成为：贮存于冷凝器4的制冷剂液由放热侧送液泵71供给至放热用热交换器72，在放热用热交换器72中放热后的制冷剂返回冷凝机构4。在冷凝侧循环回路7中，冷凝器4和放热侧送液泵71的入口通过流路7a而连接。放热侧送液泵71的出口和放热用热交换器72的入口通过流路7b而连接。另外，放热用热交换器72的出口和冷凝器4通过流路7c而连接。在放热用热交换器72中间接地被冷却了的制冷剂经过流路7c而被导入冷凝器4。由此，由涡轮机1压缩后的制冷剂蒸汽被冷却而冷凝。通过该冷凝而升温了的冷凝机构4中的制冷剂液由放热侧送液泵71压送至放热用热交换器72，在放热用热交换器72中间接地被冷却之后，再次返回冷凝器4。在放热用热交换器72中，制冷剂对室外的空气放热。
涡轮机1d的供给通路44形成蒸发侧循环回路6中的流路6a和流路6b的一部分。另外，涡轮机1d的供给通路44在蒸发侧循环回路6中的比吸热侧送液泵61的出口靠下游的位置从蒸发侧循环回路6分支。例如，供给通路44在蒸发侧循环回路6中的吸热侧送液泵61的出口与吸热用热交换器62的入口之间从蒸发侧循环回路6分支。另外，涡轮机1d的泵46也作为吸热侧送液泵61发挥功能。由此，由吸热侧送液泵61将贮存于蒸发器2的制冷剂液的一部分作为润滑液而压送至第二空间41。在该情况下，吸热侧送液泵61的排出压力优选被设定成，在润滑液供给路径30的流入口33处润滑液的压力为饱和蒸汽压以上。
当供给通路44在蒸发侧循环回路6中的吸热侧送液泵61的出口与吸热用热交换器62的入口之间从蒸发侧循环回路6分支时，温度较低的制冷剂液作为润滑液被供给至第二空间41。因而，能够有效地冷却旋转轴10和第一轴承20。
供给通路44也可以在蒸发侧循环回路6中的吸热用热交换器62的出口与蒸发机构2之间从蒸发侧循环回路6分支。在该情况下，也能够将制冷循环装置100a的制冷剂的一部分作为润滑液而供给至润滑液供给路径30。在该情况下，涡轮机1d的供给通路44形成流路6a、流路6b以及流路6c的一部分，并且形成吸热用热交换器62的内部的制冷剂的流路。
在供给通路44中，也可以在从蒸发侧循环回路6分支的位置的润滑液流的下游侧配置吸热侧送液泵61以外的其他泵。在该情况下，能够进一步提高作为润滑液供给至第二空间41的制冷剂液的压力。其结果，在存在于润滑液供给路径30和润滑液供给路径30附近的润滑液中，能够防止蒸发和气蚀的产生，提高向第一轴承20供给的润滑液的压力。
如图6所示，例如，在涡轮机1d中，第一排出通路42和第二排出通路43共有连接于蒸发器2的特定的通路。贮存于第一空间40的润滑液经过第一排出通路42而返回蒸发器2，贮存于第二空间41的润滑液经过第二排出通路43而返回蒸发器2。由此，能够将贮存于蒸发器2内部的制冷剂液用作应向第一轴承20供给的润滑液，能够将蒸发器2用作涡轮机1d的贮存槽45。
制冷循环装置100a例如也可以构成能够切换制冷制热的空气调节装置。在该情况下，配置于室内的室内热交换器和配置于室外的室外热交换器经由四通阀而与蒸发器2和冷凝器4相连接。在制冷运转时，室内热交换器作为吸热用热交换器62发挥功能，室外热交换器作为放热用热交换器72发挥功能。在制热运转时，室内热交换器作为放热用热交换器72发挥功能，室外热交换器作为吸热用热交换器62发挥功能。制冷循环装置100a例如也可以构成冷却器(chiller)。吸热用热交换器62例如也可以通过制冷剂的吸热来冷却空气以外的气体或液体。另外，放热用热交换器72例如也可以通过制冷剂的放热来加热空气以外的气体或液体。吸热用热交换器62和放热用热交换器72只要是间接式的热交换器即可，没有特别的限定。
制冷循环装置100a能够从各种各样的观点进行变更。例如，涡轮机1d也可以变更为取代第一排出通路42和第二排出通路43而具备使第一空间40与冷凝器4的内部空间连通的通路以及使第二空间41与冷凝器4的内部空间连通的通路的涡轮机。在该情况下，贮存于第一空间40的润滑液被供给至冷凝器4，贮存于第二空间41的润滑液被供给至冷凝器4。
另外，在制冷循环装置100a中，涡轮机1d也可以具有多级的压缩机构。在该情况下，也可以在压缩机构之间设置有用于冷却制冷剂的中间冷却器。在涡轮机1d例如具有二级的压缩机构的情况下，从第一级的压缩机构排出的制冷剂蒸汽的温度例如为110℃。另外，从第二级的压缩机构排出的制冷剂蒸汽温度例如为170℃。在第一级的压缩机构与第二级的压缩机构之间设置有中间冷却器的情况下，由中间冷却器对从第一级的压缩机构排出的制冷剂蒸汽进行冷却。在该情况下，被吸入第二级的压缩机构的制冷剂蒸汽的温度例如为45℃。
另外，在制冷循环装置100a中，也可以是与涡轮机1d相独立的压缩机与涡轮机1d串联连接。该独立的压缩机既可以是容积型的压缩机，也可以是涡轮机。在该情况下，也可以在涡轮机1d与独立的压缩机之间设置有中间冷却器。
另外，在制冷循环装置100a中，在连通路5c也可以设置有毛细管或膨胀阀等膨胀器。
而且，制冷循环装置100a例如也可以如图7所示的制冷循环装置100b那样变更。除了特别说明的情况以外，制冷循环装置100b具有与涡轮机100a相同的结构。只要技术上不矛盾，有关制冷循环装置100a的上述说明就也适用于制冷循环装置100b。
在制冷循环装置100b中，涡轮机1d的贮存槽45兼用作冷凝器4。另外，在制冷循环装置100b中，涡轮机1d的供给通路44形成冷凝侧循环回路7中的流路7a和流路7b的一部分。另外，涡轮机1d的供给通路44在冷凝侧循环回路7中的比放热侧送液泵71的出口靠下游的位置从放热侧循环回路7分支。例如，供给通路44在冷凝侧循环回路7中的放热侧送液泵71的出口与放热用热交换器72的入口之间从冷凝侧循环回路7分支。另外，涡轮机1d的泵46也作为放热侧送液泵71发挥功能。由此，由放热侧送液泵71将贮存于冷凝器4的制冷剂液的一部分作为润滑液而压送至第二空间41。在该情况下，吸热侧送液泵71的排出压力优选被设定成，在润滑液供给路径30的流入口33处润滑液的压力为饱和蒸汽压以上。
当供给通路44在冷凝侧循环回路7中的放热侧送液泵71的出口与放热用热交换器72的入口之间从冷凝侧循环回路7分支时，温度较低的制冷剂液作为润滑液被供给至第二空间41。因而，能够有效地冷却旋转轴10和第一轴承20。
供给通路44也可以在冷凝侧循环回路7中的放热用热交换器72的出口与冷凝器4之间从冷凝侧循环回路7分支。在该情况下，也能够将制冷循环装置100b的制冷剂的一部分作为润滑液供给至润滑液供给路径30。在该情况下，涡轮机1d的供给通路44形成流路7a、流路7b以及流路7c的一部分，并且形成放热用热交换器72的内部的制冷剂的流路。
如图7所示，例如，在涡轮机1d中，第一排出通路42和第二排出通路43共有连接于冷凝器4的特定的通路。贮存于第一空间40的润滑液经过第一排出通路42而返回冷凝器4，贮存于第二空间41的润滑液经过第二排出通路43而返回冷凝器4。由此，能够将贮存于冷凝器4的内部的制冷剂液用作应向第一轴承20供给的润滑液，能够将冷凝器4用作涡轮机1d的贮存槽45。
在制冷循环装置100b中，涡轮机1d也可以变更为取代第一排出通路42和第二排出通路43而具备使第一空间40与蒸发器2的内部空间连通的通路以及使第二空间41与蒸发器2的内部空间连通的通路的涡轮机。在该情况下，贮存于第一空间40的润滑液被供给至蒸发器2，贮存于第二空间41的润滑液被供给至蒸发器2。
产业上的可利用性
使用了本公开的涡轮机的制冷循环装置对于家用空调或商用空调特别有用。另外，使用了本公开的涡轮机的制冷循环装置也能够应用于冷却器或供热水用热泵。
标号说明
1a、1b、1c、1d、1e：涡轮机
2：蒸发器
4：冷凝器
5c：连通路
10：旋转轴
11：旋转轴的端部
12：叶轮
14：吸入空间
20：第一轴承
21：第二轴承
26：锥面
25：锥轴承
25a：锥轴承的轴承面
31：主路径
32：副路径
36：槽
40：第一空间
41：第二空间
42：第一排出通路
43：第二排出通路
44：供给通路
45：贮存槽
46：泵
47：减压器
49：气液分离器
50：外壳

Claims (6)

1.一种制冷循环装置，具备涡轮机，所述涡轮机包括：
旋转轴；
第一轴承，其至少在所述旋转轴的半径方向上支承所述旋转轴；
外壳，其形成供工作流体流入的吸入空间；
叶轮，其在所述外壳的内部固定于所述旋转轴，将通过所述旋转轴的旋转而流入到所述吸入空间的所述工作流体压缩并向所述外壳的外部排出；
贮存润滑液的第一空间，其在所述旋转轴的轴线方向上在所述叶轮与所述第一轴承之间形成于所述旋转轴的周围，与形成于所述第一轴承的轴承面与所述旋转轴的外周面之间的间隙相连通；
贮存所述润滑液的第二空间，在从所述第一轴承观察时，该第二空间在所述旋转轴的轴线方向上形成在与所述叶轮相反的一侧，与形成于所述第一轴承的轴承面与所述旋转轴的外周面之间的间隙相连通；
贮存所述润滑液的贮存槽；
第一排出通路，其使所述贮存槽的内部空间与所述第一空间相连通，用于使所述润滑液从所述第一空间向所述贮存槽流动；
供给通路，其使所述贮存槽的内部空间与所述第二空间相连通，用于使所述润滑液从所述贮存槽向所述第二空间流动；
泵，其配置于所述供给通路，向所述第二空间压送所述润滑液；
主路径，其与所述第二空间连通且从所述旋转轴的端部沿着所述旋转轴的轴线方向在所述旋转轴的内部延伸，用于使贮存于所述第二空间的所述润滑液沿着所述旋转轴的轴线方向流动；以及
副路径，其形成于所述旋转轴的内部，使所述第一轴承的所述轴承面和所述旋转轴的外周面之间的间隙与所述主路径相连通，用于使所述润滑液从所述主路径向所述第一轴承的所述轴承面和所述旋转轴的外周面之间的间隙流动，
所述制冷循环装置还具备：
冷凝器，其使由所述涡轮机压缩后的工作流体冷凝并且作为制冷剂液而贮存；以及
连通路，其使所述冷凝器的内部空间与所述贮存槽的内部空间相连通，用于使所述制冷剂液从所述冷凝器向所述贮存槽流动，
所述贮存槽将所述制冷剂液作为所述润滑液而贮存，并且兼用作使所述制冷剂液蒸发而向所述吸入空间供给的蒸发器。
2.根据权利要求1所述的制冷循环装置，
还具备第二排出通路，该第二排出通路使所述贮存槽的内部空间与所述第二空间相连通，用于使所述润滑液从所述第二空间向所述贮存槽流动。
3.根据权利要求2所述的制冷循环装置，还具备：
第二轴承，在从所述第一空间观察时，该第二轴承在所述旋转轴的轴线方向上配置在与所述叶轮相反的一侧的比所述第一空间靠近所述旋转轴的所述端部的位置，至少在所述旋转轴的轴线方向上支承所述旋转轴；和
减压器，其配置于所述第二排出通路，使所述润滑液的压力降低，
所述工作流体是常温下的饱和蒸汽压为负压的流体，
所述第一空间与所述吸入空间相连通。
4.根据权利要求3所述的制冷循环装置，
所述旋转轴包括具有朝向所述旋转轴的所述端部而缩小的外径的锥面，
所述第二轴承是具有如下的轴承面的锥轴承，该轴承面形成具有朝向所述旋转轴的所述端部而缩小的内径的锥孔，并与所述锥面相对。
5.根据权利要求1所述的制冷循环装置，
所述第一轴承在所述旋转轴的外周面中的所述副路径的流出口的周围具有在所述第一轴承的所述轴承面形成的环状的槽。
6.根据权利要求1所述的制冷循环装置，
还具备气液分离器，该气液分离器配置于所述第一排出通路，将所述润滑液所包含的气体和所述润滑液分离。
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