CN107532826B - 涡轮制冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，尤其在使用低压制冷剂的涡轮制冷装置中，设置具有充分的内容积的中间冷却器，并且实现紧凑化，且降低制冷剂的压力损失来提高效率。本发明所涉及的涡轮制冷装置(1)具备：涡轮压缩机(2)，压缩制冷剂；冷凝器(3)，使压缩的制冷剂冷凝；控制阀(4)，使冷凝的制冷剂膨胀；蒸发器(7)，使膨胀的制冷剂蒸发；以及中间冷却器(5)，夹设于冷凝器(3)与蒸发器(7)之间，对通过控制阀(4)膨胀的制冷剂进行气液分离。中间冷却器(5)与冷凝器(3)或者蒸发器(7)中的至少一方的圆筒壳形状的曲面壁(3a)相邻设置，将该曲面壁(3a)作为该中间冷却器(5)自身的结构壁来共用。中间冷却器(5)在从其长边轴方向观察时，高度尺寸(H)大于其最大宽度尺寸(W)。

Description

涡轮制冷装置

技术领域

本发明涉及一种涡轮制冷装置，尤其涉及一种考虑了中间冷却器的设置结构的涡轮制冷装置。

背景技术

例如用作地区冷暖气设备的热源用的涡轮制冷装置，如专利文献1的图3所示，与一台或者多台涡轮压缩机一同平行设置圆筒壳形状的冷凝器和蒸发器，而且进行制冷剂的气液分离和中间冷却的中间冷却器配置于冷凝器或蒸发器的附近。使用R134a等高压制冷剂，即，以最高压力0.2MPaG以上使用的制冷剂的涡轮制冷装置中，为了确保强度，中间冷却器也形成为圆筒壳形状。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2009-204260号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

如上述，中间冷却器形成为圆筒壳形状，因此将该中间冷却器与涡轮压缩机或冷凝器、蒸发器等设备类一同配置时，不能有效利用各设备类之间存在的闲置空间，存在影响涡轮制冷装置的紧凑性的问题。

并且，具有多个涡轮压缩机的情况下，也需要多个中间冷却器，这些多个中间冷却器占有的空间变大，上述问题变大。同时，多个涡轮制冷装置与多个中间冷却器之间不得不分别通过制冷剂配管来连接，还需要这些制冷剂配管的设置空间，并且因增加制冷剂配管会增大制冷剂的压力损失，导致设备性能(效率)下降。

而且，使用以最高压力小于0.2MpaG使用的R1233zd等低压制冷剂的情况下，因气体比体积较大的特性，机内的气体流速变大，与使用高压制冷剂的涡轮制冷装置相比，中间冷却器的体积变大，该点也导致对涡轮制冷装置的紧凑性不利。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种尤其在使用低压制冷剂的涡轮制冷装置中，设置具有充分的内容积的中间冷却器，并且实现紧凑化，且能够降低制冷剂的压力损失来提高效率的涡轮制冷装置。

用于解决技术课题的手段

为了实现上述课题，本发明采取以下方法。

即，本发明所涉及的涡轮制冷装置具备：涡轮压缩机，压缩制冷剂；冷凝器，使压缩的所述制冷机冷凝；控制阀，使冷凝的所述制冷剂膨胀；蒸发器，使膨胀的所述制冷剂蒸发；以及中间冷却器，夹设于所述冷凝器与所述蒸发器之间，对通过所述控制阀膨胀的所述制冷剂进行气液分离。

根据上述结构的涡轮制冷装置，由于中间冷却器夹设于冷凝器与蒸发器之间，因此能够有效利用冷凝器与蒸发器之间存在的闲置的空间来设置中间冷却器。

尤其在使用低压制冷剂的涡轮制冷装置中，对中间冷却器的要求强度比使用高压制冷剂的情况低，因此无需将中间冷却器形成为圆筒壳形状。

因此，通过将中间冷却器设计为自由的形状来设置于冷凝器与蒸发器之间的闲置的空间，能够赋予中间冷却器以充分的内容积，并提高气液分离性能。

上述结构中，可以将所述中间冷却器与所述冷凝器或者所述蒸发器中的至少一方的圆筒壳形状的曲面壁相邻设置，将该曲面壁作为该中间冷却器自身的结构壁来共用。

如此一来，中间冷却器无间隙地紧贴到冷凝器或者蒸发器中的至少一方。因此，能够最大限度地利用与冷凝器或者蒸发器之间的闲置空间，扩大中间冷却器的内容积，并且实现涡轮制冷装置的进一步紧凑化。

上述结构中，可以以向相邻的所述曲面壁的长边轴方向延伸的方式形成所述中间冷却器，并且从其长边轴方向观察时，该中间冷却器的高度尺寸大于其最大宽度尺寸。

如此一来，能够获得中间冷却器的高度尺寸，尤其在使用低压制冷剂的涡轮制冷装置中，能够提高中间冷却器的气液分离性能。

上述结构中，设置有多个涡轮压缩机的情况下，可以将所述中间冷却器设为如下结构：具备气液流入室，通过所述控制阀膨胀的所述制冷剂以气液混合状态流入；以及多个气液分离室，与所述气液流入室相邻，并且分别接近多个所述涡轮压缩机，对所述制冷剂进行气液分离，将其气相成分供给至所述涡轮压缩机，将液相成分供给至所述蒸发器。

通过设为该结构，将中间冷却器的多个气液分离室分别配置于最接近多个涡轮压缩机的位置，能够以最短距离与涡轮压缩机连接。因此，能够将连接中间冷却器与涡轮压缩机之间的制冷剂配管的长度设为最小限度，且设为直线状，实现涡轮制冷装置的紧凑化，并且降低制冷剂的压力损失而提高效率。

上述结构的中间冷却器中，可以夹着1个所述气液流入室背靠背配置2个所述气液分离室。

由此，2个气液分离室共用1个气液流入室，流入气液流入室的气液混合状态的制冷剂分流至其两侧的气液分离室而分别吸入到涡轮压缩机。

这样，流入气液流入室内的气液混合状态的制冷剂被两侧的气液分离室吸引，在气液流入室内能够降低制冷剂的流速来提高气液分离作用。

因而，与分别设置2个气液流入室和气液分离室的情况相比，只要得到相同水平的气液分离性能，则能够实现中间冷却器的小型化，有助于涡轮制冷装置的紧凑化。

上述结构的涡轮制冷装置中，可以在所述冷凝器与所述蒸发器之间，与所述中间冷却器一同设置其他辅助设备，将所述其他辅助设备与所述冷凝器或者所述蒸发器中的至少一方的圆筒壳形状的曲面壁相邻设置，将该曲面壁作为该辅助设备自身的结构壁来共用。

通过设为该结构，关于中间冷却器以外的辅助设备，也能够有效利用冷凝器与蒸发器之间存在的闲置空间来设置。尤其适合如润滑油罐等不施加高压力的罐状的辅助设备。

发明效果

如上所述，根据本发明所涉及的涡轮制冷装置，尤其在利用低压制冷剂的涡轮制冷装置中，设置具有充分的内容积的中间冷却器，并且实现紧凑化，且能够降低制冷剂的压力损失来提高效率。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的涡轮制冷装置的主视图。

图2是基于图1的II向视的涡轮制冷装置的侧视图。

图3是基于图2的III向视的涡轮制冷装置的俯视图。

图4是基于图1的IV-IV向视的中间冷却器的侧视图。

图5是表示中间冷却器的其他实施方式的侧视图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。

图1至图3示出本实施方式所涉及的涡轮制冷装置1的概略结构图。图1是主视图，图2是侧视图，图3是俯视图。

涡轮制冷装置1具备压缩制冷剂的涡轮压缩机2、冷凝器3、高压膨胀阀4(控制阀)、中间冷却器5、低压膨胀阀6、蒸发器7、润滑油罐8(辅助设备)、电路箱9、逆变器单元10以及操作盘11等而构成单元状。润滑油罐8是贮存供给至涡轮压缩机2的轴承或增速器等的润滑油的罐。

冷凝器3和蒸发器7形成为耐压性较高的圆筒壳形状，以使其轴线向大致水平方向延伸的状态相互相邻的方式平行配置。冷凝器3配置于比蒸发器7相对高的位置，其下方设置有电路箱9。中间冷却器5与润滑油罐8夹设于冷凝器3与蒸发器7之间。逆变器单元10设置于冷凝器3的上部，操作盘11配置于蒸发器7的上方。润滑油罐8、电路箱9、逆变器单元10、操作盘11分别在俯视观察时(参考图3)以不超出涡轮制冷装置1的整体轮廓很多的方式配置。

涡轮压缩机2是通过电动机13旋转驱动的公知的离心涡轮型压缩机，以将其轴线在大致水平方向上延伸的姿势配置于蒸发器7的上方。电动机13通过逆变器单元10被驱动，涡轮压缩机2对由蒸发器7经过吸入管14供给的气相状的制冷剂进行压缩，将该压缩制冷剂从吐出管15送至冷凝器3。作为制冷剂，使用例如以最高压力小于0.2MpaG使用的R1233zd等低压制冷剂。

在冷凝器3的内部，通过涡轮压缩机2被压缩的高温的制冷剂通过与水进行热交换而冷却冷凝热来被冷凝液化。在此被加热的水用作供暖用载热体等。在冷凝器3成为液相状的制冷剂通过设置在从冷凝器3延伸的制冷剂管16的高压膨胀阀4，由此膨胀(气化)，成为气液混合状态供给至中间冷却器5，暂时贮存在此。

在中间冷却器5的内部，通过高压膨胀阀4膨胀的气液混合状态的制冷剂气液分离成气相成分和液相成分。在此分离的液相状制冷剂通过设置于从中间冷却器5的底部延伸的制冷剂管17的低压膨胀阀6进一步膨胀而供给至蒸发器7。在中间冷却器5被分离的气相状制冷剂经过从中间冷却器5的上部延伸的制冷剂管18供给至涡轮压缩机2的中段部，再次被压缩。

在蒸发器7的内部，在低压膨胀阀6中断热膨胀之后的低温液制冷剂与水进行热交换，在此被冷却的水用作空调用制冷剂、载热体或工业用冷却水等。通过与水的热交换气化的制冷剂经过吸入管14再次吸入至涡轮压缩机2而被压缩，以下，反复该循环。

作为制冷剂使用R1233zd等低压制冷剂的情况下，可以不用如使用R134a等高压制冷剂的情况那样将中间冷却器5形成为圆筒壳形状。因此，如图1至图3所示，中间冷却器5设计成例如略长方形的形状。

如前述，中间冷却器5夹设于冷凝器3与蒸发器7之间，其一面与冷凝器3的圆筒壳形状的曲面壁3a相邻，将该曲面壁3a作为自身的结构壁来共用。即，正面观察时(参考图1)，纵向较长的长方体形状的中间冷却器5为其冷凝器3侧的上角部被冷凝器3剪切为圆弧状的形状，成为该剪切为圆弧状的部分通过冷凝器3的曲面壁3a密闭的结构。另外，可以也设为在中间冷却器5设置紧贴到冷凝器3的曲面壁3a的曲面壁，可分离冷凝器3与中间冷却器5的结构。

还如图2～图4所示，中间冷却器5以向相邻冷凝器3的曲面壁3a的长边轴方向延伸的方式形成，并且从其长边轴方向观察(参考图1)时，设计为中间冷却器5的高度尺寸H比其最大宽度尺寸W大。中间冷却器5的最下部的高度由于使制冷剂管16、17向下方延伸，因此比蒸发器7的最下部处于高处。即，以不妨碍涡轮压缩机2的吐出管15或制冷剂管16、17的配置的程度上，最大限度地确保中间冷却器5的高度尺寸H较大。另外，也可以使图2所示的中间冷却器5的长度尺寸L大于图1所示的高度尺寸H。

如图4所示，中间冷却器5规划成在其内部以气液流入室21与气液分离室22在冷凝器3的长边轴方向上相邻的方式。气液流入室21与气液分离室22之间被划分成例如通过3片挡板23可相互流通。即，例如在中间冷却器5的侧内壁隔开间隔交替配置的多个挡板23之间形成有迷宫状的气液分离通路24。

气液分离室22的内部空间通过多孔状的除雾器25被上下划分。该除雾器25配置于比气液分离室22的高度方向的中间更靠上方。在气液流入室21的底部连接有与冷凝器3连接的制冷剂管16，在气液分离室22的底部连接有与蒸发器7连接的制冷剂管17。在气液分离室22的上部连接有与涡轮压缩机2的中段部连接的制冷剂管18。

从冷凝器3经过制冷剂管16流入中间冷却器5的气液流入室21的气液混合状态的制冷剂通过挡板23之间的气液分离通路24，由此大致分离为液相成分与气相成分而流入气液分离室22，进一步通过设置于气液分离室22的除雾器25，由此液相成分几乎从气相成分完全分离。其中的液相成分经过制冷剂管17送至蒸发器7，气相成分经过制冷剂管18送至涡轮压缩机2的中段部。

如图5所示，设置有2台涡轮压缩机2的情况下，在中间冷却器5的气液流入室21的两侧经由挡板23(气液分离通路24)相邻配置2个气液分离室22。即，夹着1个气液流入室21使2个气液分离室22背靠背配置。2个气液分离室22分别接近2台的涡轮压缩机2而配置，通过制冷剂管18连接。

该情况下，从冷凝器3经过制冷剂管16流入气液流入室21的气液混合状态的制冷剂通过气液分离通路24流入两侧的气液分离室22，在各气液分离室22被气液分离。其中的液相成分分别经过制冷剂管17送至蒸发器7，气相成分分别经过制冷剂管18送至涡轮压缩机2的中段部。

另一方面，如图1至图3所示，与中间冷却器5一同夹设于冷凝器3与蒸发器7之间的润滑油罐8与中间冷却器5相同地，其一面与冷凝器3的圆筒壳形状的曲面壁3a相邻，将该曲面壁3a作为自身的结构壁来共用。该润滑油罐8可以与冷凝器3的曲面壁3a接合，也可以构成为与曲面壁3a可分离。

如上构成的涡轮制冷装置1中，中间冷却器5夹设于冷凝器3与蒸发器7之间，因此能够有效利用冷凝器3与蒸发器7之间存在的闲置空间来设置中间冷却器5。尤其，在通过低压制冷剂的使用而无需将中间冷却器5形成为圆筒壳形状的情况下，将中间冷却器5设计为自由的形状来设置于冷凝器3与蒸发器7之间的闲置空间，由此能够对中间冷却器5赋予充分的内容积来提高气液分离性能。

并且，将中间冷却器5与冷凝器3的圆筒壳形状的曲面壁3a相邻设置，将该曲面壁3a作为中间冷却器5自身的结构壁来共用，因此中间冷却器5无间隙地紧贴到冷凝器3。因此，能够最大限度地利用中间冷却器5与冷凝器3之间的闲置空间，扩大中间冷却器5的内容积，并且更紧凑地构成涡轮制冷装置1。

而且，以在相邻的冷凝器3的曲面壁3a的长边轴方向上延伸的方式形成中间冷却器5，并且从其长边轴方向观察时，使中间冷却器5的高度尺寸H大于其最大宽度尺寸W。

由此，加大中间冷却器5的高度尺寸H而能够提高中间冷却器5的气液分离性能，即，在中间冷却器5的内部因重力液相成分将留下气相成分而落下的作用，尤其在使用了能够使中间冷却器5的形状自由化的低压制冷剂的涡轮制冷装置1中有效。另外，若使中间冷却器5的长度尺寸L(参考图2)大于高度尺寸H(参考图1)，则进一步加大中间冷却器5的内容积，能够提高气液分离性能。

设置多(这里为2台)台涡轮压缩机2的情况下，将中间冷却器5设为具备气液流入室21和与该气液流入室21相邻的多个(在这里为2个)的气液分离室22的结构，将多个气液分离室22分别接近涡轮压缩机2而配置。

由此，将中间冷却器5的多个气液分离室22分别配置于最靠近2台涡轮压缩机2的位置，能够使连接气液分离室22与涡轮压缩机2之间的制冷剂配管18的长度设为最小限度，且设为直线状。因而，能够实现涡轮制冷装置1的紧凑化，并且降低制冷剂的压力损失和流路损失来提高效率。

如上述，设置多个气液分离室22的情况下，如图5所示，通过夹着1个气液流入室21使2个气液分离室22背靠背配置，2个气液分离室22共用1个气液流入室21，流入气液流入室21的气液混合状态的制冷剂分流至其两侧的气液分离室22而分别吸入到涡轮压缩机2。

因此，流入气液流入室21内的气液混合状态的制冷剂被两侧的气液分离室22吸引，在气液流入室21内降低制冷剂的流速而能够提高气液分离作用。因而，与分别设置2个气液流入室21与气液分离室22的情况相比，只要得到相同水平的气液分离性能，则能够使中间冷却器5小型化，有助于涡轮制冷装置1的紧凑化。

而且，该涡轮制冷装置1中，在冷凝器3与蒸发器7之间与中间冷却器5一同设置润滑油罐8，与冷凝器3的圆筒壳形状的曲面壁3a相邻设置该润滑油罐8，将该曲面壁3a作为润滑油罐8自身的结构壁来共用。

因此，中间冷却器5连同润滑油罐8也能够有效利用冷凝器3与蒸发器7之间存在的闲置空间来设置。尤其适合如润滑油罐8那样，不施加高压力的罐状辅助设备。

如以上说明，根据本实施方式所涉及的涡轮制冷装置1，尤其在使用低压制冷剂的情况下，能够设置具有充分的内容积的中间冷却器5，实现涡轮制冷装置1的紧凑化，且降低制冷剂的压力损失来提高效率。

另外，本发明并不仅限定于上述实施方式的结构，能够施加适宜变更或改良，这样施加变更或改良的实施方式也包含在本发明的权利范围内。

例如上述实施方式中，将中间冷却器5或润滑油罐8以与冷凝器3相邻的方式设置，将冷凝器3的曲面壁3a作为各部件5、8自身的结构壁来共用，但也可以例如以与蒸发器7相邻的方式设置中间冷却器5或润滑油罐8来共用蒸发器7的曲面壁。并且，也可以以共用冷凝器3与蒸发器7双方的曲面壁的方式设置中间冷却器5或润滑油罐8。

而且，可以将润滑油罐8以外的辅助设备类设置于冷凝器3与蒸发器7之间。该情况下，该辅助设备类也可以将冷凝器3或者蒸发器7的圆筒壳形状的曲面壁作为自身的结构壁来共用即可。

作为其他辅助设备类的例子，能够例示容纳过冷器、冷却水罐、制冷剂罐等罐部件或，配电盘、控制盘等电力系统部件的箱等，但不限于此。

并且，也可以将各种管路类形成为导管状，将这些以搭在冷凝器3或蒸发器7的圆筒壳的外周面的方式配设，由此有效利用各种管路类与冷凝器3或蒸发器7之间的空间。

符号说明

1-涡轮制冷装置，2-涡轮压缩机，3-冷凝器，3a-冷凝器的曲面壁，4-高压膨胀阀(控制阀)，5-中间冷却器，7-蒸发器，8-润滑油罐(辅助设备)，10-逆变器单元，11-操作盘，13-电动机，14-吸入管，15-吐出管，16、17、18-制冷剂管，21-气液流入室，22-气液分离室，H-中间冷却器的高度尺寸，W-中间冷却器的最大宽度尺寸。

Claims (5)

1.一种涡轮制冷装置，其具备：

涡轮压缩机，压缩制冷剂；

冷凝器，使压缩的所述制冷剂冷凝；

控制阀，使冷凝的所述制冷剂膨胀；

蒸发器，使膨胀的所述制冷剂蒸发；以及

中间冷却器，夹设于所述冷凝器与所述蒸发器之间，对通过所述控制阀膨胀的所述制冷剂进行气液分离，

所述涡轮压缩机设置有多个，

所述中间冷却器具备：

气液流入室，通过所述控制阀膨胀的所述制冷剂以气液混合状态流入；

多个气液分离室，与所述气液流入室相邻，并且分别接近多个所述涡轮压缩机，对所述制冷剂进行气液分离，将其气相成分经过各制冷剂管供给至多个所述涡轮压缩机，将液相成分供给至所述蒸发器，

多个所述涡轮压缩机中的任一个涡轮压缩机与多个所述气液分离室中的任一个气液分离室通过一个制冷剂管连接，

多个所述涡轮压缩机中的其他任一个涡轮压缩机与多个所述气液分离室中的其他任一个气液分离室通过其他的制冷剂管连接。

2.根据权利要求1所述的涡轮制冷装置，其中，

所述中间冷却器与所述冷凝器或者所述蒸发器中的至少一方的圆筒壳形状的曲面壁相邻设置，将该曲面壁作为该中间冷却器自身的结构壁来共用。

3.根据权利要求2所述的涡轮制冷装置，其中，

所述中间冷却器以在相邻的所述曲面壁的长边轴方向上延伸的方式形成，并且，从其长边轴方向观察时，该中间冷却器的高度尺寸大于其最大宽度尺寸。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮制冷装置，其中，

夹着1个所述气液流入室，2个所述气液分离室背靠背配置。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮制冷装置，其中，

在所述冷凝器与所述蒸发器之间，与所述中间冷却器一同设置其他辅助设备，

所述其他辅助设备与所述冷凝器或者所述蒸发器中的至少一方的圆筒壳形状的曲面壁相邻设置，将该曲面壁作为该辅助设备自身的结构壁来共用。

Images