CN108779946A - 制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种能够应对起泡现象的同时使油罐的容量小于以往容量的制冷机。制冷机具备：制冷循环，具备具有由马达驱动的压缩机构的电动压缩机、冷凝器及蒸发器，且循环制冷剂；油罐(23)，储存润滑油；加热器(27)，设置于油罐(23)内部且加热润滑油；润滑油供给管道(22)，与油罐(23)连接，将润滑油从油罐(23)供给至容纳有马达的壳体内部；润滑油排出管道(25)，将润滑油从壳体返回到油罐(23)；均压管(29)，一端与油罐(23)连接而另一端与制冷循环连接；及缓冲罐(28)，设置于均压管(29)，接收从油罐(23)流出的制冷剂和润滑油，并且储存润滑油。

Description

制冷机

技术领域

本发明涉及一种制冷机。

背景技术

设置于涡轮制冷机的涡轮压缩机由压缩机构和增速机构等构成。为了使涡轮压缩机稳定运转，需要对支承压缩机构的叶轮的轴承或增速机构的齿轮等适当地持续供给润滑油。润滑油系统具备油罐及油泵，储存于油罐的润滑油通过油泵供给至涡轮压缩机的轴承或齿轮等。供给至轴承或齿轮的润滑油返回到油罐，并反复进行润滑油系统的循环。

在压缩机构中，制冷剂系统和润滑油系统并不完全相互独立，因此润滑油中溶入有制冷剂。若润滑油中溶入制冷剂，则粘度降低，因此为了减少油罐中制冷剂的溶入量，以低压维持油罐内。因此，例如，油罐中连接有与制冷剂系统的低压部分(例如，蒸发器或压缩机吸入口)连通的均压管。

下述专利文献1中公开有如下技术，即，启动涡轮制冷机时，油罐内的压力降低而溶入在润滑油中的制冷剂气化而起泡，因此启动涡轮制冷机时，将控制通过涡轮压缩机的制冷剂的容量的吸入容量控制部设为目标开度。并且，下述专利文献2中公开有如下技术，即，将一端与油罐连接的均压管的另一端与节能器连接而不与蒸发器连接，从而使油罐的内压与节能器的内压均等。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009186030号公报

专利文献2：日本特开2009-293901号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

在制冷剂系统的压力降低的涡轮制冷机的启动时或过渡时，与制冷剂系统连通的油罐内部的压力降低。在此，“过渡时”是指例如降低涡轮制冷机的输出的情况等改变运转状态的时候。若油罐内部压力降低等润滑油系统的内部压力降低时，溶入在润滑油的制冷剂超过饱和状态而变得无法完全溶化，产生制冷剂气体，从而引起润滑油起泡的起泡现象。

在产生起泡现象的油罐内，与没有产生起泡现象的通常时相比，油位上升。并且，若产生起泡现象，则在润滑油系统中能够供给至轴承或齿轮的润滑油的供给量减少。在低压制冷剂(例如，R1233zd等)的情况下，制冷剂气体的比容积大于高压制冷剂(例如，R134a等)，因此在起泡现象中产生的气体体积量也多。因此，在低压制冷剂中，关于润滑油的油位的上升或供给量的减少，与通常时的差异进一步变大。

连接于油罐的均压管与油罐的上部连接，但因起泡时的油位上升，有可能会使起泡的润滑油流入到均压管内而润滑油流入到均压管的连接端的蒸发器等。因此，在现有技术中，为了应对起泡时的油位上升，提高油罐的高度。

并且，还进行如下技术：通过以油泵在起泡时不吸入制冷剂气体的方式加深油罐的深度的同时将油泵配置于油罐的底面，分离产生起泡时的油位和油泵的位置。

在任何情况下，都需要加大油罐在高度方向上的尺寸，并且为了应对起泡现象而必须将油罐的容量设定为较大。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种能够应对起泡现象的同时使油罐的容量小于以往容量的制冷机。

用于解决技术课题的手段

为了解决上述课题，本发明的制冷机采用以下方法。

即，本发明所涉及的制冷机具备：制冷循环，具备具有由马达驱动的压缩机构的电动压缩机、冷凝器及蒸发器，且循环制冷剂；油罐，储存润滑油；加热器，设置于所述油罐的内部且加热所述润滑油；油循环管，与所述油罐连接，将所述润滑油从所述油罐供给至容纳所述马达的壳体内部，并且将所述润滑油从所述壳体返回到所述油罐；均压管，与所述油循环管分开而一端与所述油罐连接，另一端与所述制冷循环连接；及缓冲罐，设置于所述均压管，接收从所述油罐流出的所述制冷剂及所述润滑油，并且储存所述润滑油。

根据该结构，驱动压缩机构的马达容纳于壳体，且润滑油从油罐供给至壳体，由此润滑油能够润滑支承马达的旋转轴的轴承等。并且，均压管的一端与油罐连接，均压管的另一端与制冷循环连接，因此与制冷循环的连接部分的压力和油罐内的压力变得大致相等。在制冷循环中连接均压管的部分是例如蒸发器或压缩机吸入口等制冷循环中压力较低的部分。

而且，从油罐流出的制冷剂及润滑油经由均压管供给至缓冲罐，并暂时被储存于缓冲罐。由此，即使在油罐内产生起泡且制冷剂及润滑油从油罐流出，润滑油也被储存于缓冲罐，并且不会流向制冷循环，而只有制冷剂流向制冷循环。

在上述发明中，所述制冷机还可具备回油管，一端与所述缓冲罐连接，且与所述均压管分开而另一端与所述油罐连接，并且将储存于所述缓冲罐的所述润滑油返回到所述油罐。

根据该结构，回油管的一端与缓冲罐连接，回油管的另一端与油罐连接，而储存于缓冲罐的润滑油返回到油罐。由此，从油罐流出并蓄存于缓冲罐的润滑油返回到油罐而不流入制冷剂循环。

在上述发明中，所述回油管与所述油罐连接的位置可以为在所述油罐中连接有所述油循环管的位置的附近的一侧。

根据该结构，从缓冲罐返回的润滑油返回到在油罐中连接有油循环管的位置附近，因此从缓冲罐返回的润滑油与即使在油罐23内产生起泡的情况下也不受起泡影响的润滑油进行混合。

在上述发明中，所述油箱由隔板分隔而可以划分为从所述壳体返回的所述润滑油流入的分离区域和所述润滑油供给至所述壳体的排出区域。

根据该结构，溶入制冷剂的润滑油被供给至分离区域，且在分离区域中溶入制冷剂的润滑油被分离成润滑油和制冷剂。而且，被分离的润滑油从分离区域供给至排出区域，从而供给至壳体内部。分离区域和排出区域由隔板分隔，因此在分离区域中，流入油罐的润滑油利用润滑油与制冷剂之间的差异或封闭空间而有效地进行分离。并且，即使在分离区域中产生起泡现象，也能够防止起泡的润滑油流入排出区域。

在上述发明中，分离区域中可以设置有使储存于所述油罐的所述润滑油的流向设成从上部朝向下部或从下部朝向上部的流动成型板。

根据该结构，在储存的润滑油内形成从上部朝向下部的流动，或相反地形成从下部朝向上部的流动。

在上述发明中，所述隔板可以远离所述油罐的底面而设置。

根据该结构，溶入制冷剂的润滑油不会停滞于分离区域内的底部而流向下游侧。

根据本发明，能够应对起泡现象的同时使油罐的容量小于以往容量的制冷机。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式所涉及的涡轮制冷机的结构图。

图2是表示本发明的一实施方式所涉及的涡轮制冷机的涡轮压缩机的纵剖视图。

图3是表示本发明的一实施方式所涉及的涡轮制冷机的油罐的立体图。

图4是表示本发明的一实施方式所涉及的涡轮制冷机的油罐的变形例的立体图。

具体实施方式

以下中，参考附图对本发明的一实施方式所涉及的涡轮制冷机1进行说明。

如图1所示，涡轮制冷机1具备：压缩制冷剂的涡轮压缩机2；冷却并冷凝制冷剂的冷凝器3；对在冷凝器3中冷凝的制冷剂进一步进行冷却而施加过冷却的过冷器4；将高压制冷剂的压力减压至中压的第一减压阀5；对制冷剂施加过冷却的中间冷却器6；将制冷剂的压力减压至低压的第二减压阀7；及蒸发低压制冷剂的蒸发器8等。

涡轮压缩机2，冷凝器3，过冷器4，第一减压阀5，中间冷却器6，第二减压阀7及蒸发器8构成制冷循环，且制冷剂依次循环涡轮压缩机2，冷凝器3，过冷器4，第一减压阀5，中间冷却器6，第二减压阀7及蒸发器8。并且，制冷剂是不通过蒸发器8而旁通蒸发器8从中间冷却器6供给至涡轮压缩机2。

涡轮压缩机2具备壳体30，所述壳体30一体地结合马达壳体31，增速器壳体32及压缩机壳体33而构成。

如图2所示，马达壳体31中组装有通过逆变器装置可变速驱动的马达9。该马达9的马达轴10的一端10a从马达壳体31突出到增速器壳体32。马达9具备定子20及转子21等。转子21固定于马达轴10上，转子21在定子20内部旋转。马达轴10由滚动轴承14支承在增速器壳体32侧。滚动轴承14例如由多个角接触球轴承构成。滚动轴承14经由轴承箱(未图示。)设置于马达壳体31。

压缩机壳体33的内部容纳具有第一级压缩台和第二级压缩台的压缩机构15。从外部吸入到第一级压缩台并由第一级压缩台压缩的制冷剂被传递至第二级压缩台。而且，吸入到第二级压缩台并由第二级压缩台压缩的制冷剂排出至外部。

旋转轴11可旋转自如地设置于压缩机壳体33内，且该旋转轴11的一端11a侧中设置有用于第一级压缩台的第一级叶轮12和用于第二级压缩台的第二级叶轮13。旋转轴11由滚动轴承14支承于增速器壳体32侧。例如，滚动轴承14由多个角接触球轴承构成。滚动轴承14经由轴承箱(未图示。)设置于压缩机壳体33。

由滚动轴承14支承的旋转轴11的另一端11b侧设置有小径的齿轮17。该齿轮17与设置于马达轴10的一端10a的大径的齿轮18啮合，由这些齿轮17、18构成增速机构19。增速机构19容纳于增速器壳体32。

在滚动轴承14和齿轮17、18中，润滑油被供给至各部件。

润滑油系统由润滑油供给管道22和润滑油排出管道25构成。

润滑油供给管道22是将油罐23及涡轮压缩机2连接的配管。润滑油由设置于润滑油供给管道22的油泵36从油罐23供给至涡轮压缩机2的马达壳体31和增速器壳体32。通过了马达9及增速机构19的润滑油经由润滑油排出管道25返回到油罐23。本实施方式所涉及的润滑油供给管道22和润滑油排出管道25中设置有油冷却器24。

马达壳体31和增速器壳体32中形成与润滑油供给管道22连接的润滑油入口，且润滑油从润滑油供给管道22供给至涡轮压缩机2。从构成制冷循环的冷凝器3抽出的制冷剂供给至涡轮压缩机2。马达壳体31和增速器壳体32中形成与制冷剂供给管道34连接的液体制冷剂入口，且从制冷剂供给管道34供给液体制冷剂。

通过了涡轮压缩机2的马达壳体31内和增速器壳体32内的润滑油排出至油罐23。马达壳体31和增速器壳体32中形成与润滑油排出管道25连接的润滑油出口，且制冷剂及润滑油从马达壳体31和增速器壳体32经由润滑油排出管道25排出至油罐23。

排出至油罐23的润滑油中，溶入制冷剂而润滑油被制冷剂稀释。在油罐23中设置有为了提高被稀释的润滑油的浓度而蒸发制冷剂的加热器27(参考图3)。通过制冷剂蒸发，润滑油的运动粘度返回到稀释前的状态，从而能够作为润滑齿轮17、18和滚动轴承14的润滑油来反复使用。

如图3所示，油罐23是能够容纳润滑油的容器，润滑油储存于油罐23的内部的下部。

油罐23能够大致分为分离区域41及排出区域42。

油罐23中形成有与润滑油排出管道25连接的润滑油入口和制冷剂入口。例如，加热器27设置于油罐23的分离区域41的下部，加热油罐23内的制冷剂和润滑油而蒸发制冷剂。由此，蒸发而生成的制冷剂气体朝向油罐23的上方，且制冷剂蒸发后的制冷剂的含量降低的润滑油流向油罐23的下游侧。

油罐23下方形成与润滑油供给管道22连接的润滑油出口。本实施方式中，润滑油出口设置有油泵36。润滑油从油罐23经由润滑油供给管道22供给至涡轮压缩机2。

并且，油罐23的上方中形成与均压管29连接的制冷剂气体出口，且制冷剂气体从油罐23经由均压管29供给至蒸发器8。由此，从冷凝器3和过冷器4供给至涡轮压缩机2的制冷剂返回到制冷循环。

并且，均压管29的一端连接于油罐23，且均压管29的另一端连接于制冷循环的蒸发器8，因此作为与制冷循环的连接部分的蒸发器8的压力和油罐23内的压力变得大致相等。另外，均压管29的连接端并不限于蒸发器8，例如也可以是涡轮压缩机2的吸入口。

优选以维持规定的温度范围的方式调节储存于油罐23的内部的润滑油。润滑油的温度，例如，通过在由润滑油润滑的涡轮压缩机2的齿轮17、18和滚动轴承14中发挥适当润滑的温度来确定。

储存于油罐23的内部的润滑油的温度，例如，通过由加热器27的加热来进行调节。加热器27的加热根据由设置于油罐23的下部的温度检测部35检测的温度来进行控制。加热器27可以根据检测出的温度来控制开启/关闭，从而可以调节对于制冷剂和润滑油的加热，也可以根据检测出的温度调节加热器27的设定温度。

油罐23由隔板43分隔，而被划分为分离区域41及排出区域42。隔板43为板状部件，且侧端部与油罐23的内侧面接触。由此，油罐23以隔板43为边界被划分为两个区域。比隔板43更靠润滑油排出管道25侧为从壳体30返回的润滑油流入的分离区域41。并且，比隔板43更靠润滑油供给管道22侧为润滑油供给至壳体30的排出区域42。

分离区域41中供给有从润滑油排出管道25溶入制冷剂的润滑油。溶入制冷剂的润滑油与制冷剂单体和润滑油单体相比比重较高，在分离区域41的底面浓度高。而且，通过配置于制冷剂浓度高的分离区域41的底面附近的加热器27加热并气化制冷剂，从而分离润滑油和制冷剂。在油罐23内，储存润滑油的空间被隔板43限制，因此能够通过加热器27而有效地加热润滑油。

分离区域41中可以设置除了上述隔板43以外的多个流动成型板44。通过在分离区域41设置流动成型板44，能够在储存有润滑油内形成润滑油从上部朝向下部的流动，或相反地形成润滑油从下部朝向上部的流动。由此，能够使润滑油有效地与加热器27接触，或者使分离并气化的制冷剂向上方上升。

加热并气化的制冷剂向储存于油罐23的润滑油的上方上升。即使在产生起泡现象的情况下，起泡的润滑油沿隔板43和流动成型板44上升，之后，气泡处于浮在液体状的润滑油上的状态。因此，本实施方式中，与未设置隔板43和流动成型板44的情况不同，制冷剂气体的气泡在液体状的润滑油的内部难以向下游侧流动。其结果，能够防止气泡被吸入至油罐23。

储存于油罐23内的润滑油通过油泵36产生沿一个方向流动，即，从润滑油入口侧和制冷剂入口侧向润滑油出口侧的流动。由此，制冷剂被分离而制冷剂浓度降低的润滑油朝向润滑油出口侧流动。并且，在产生起泡现象的情况下，浮在润滑油上的气泡也沿润滑油的流动向下游侧流动。

若因起泡现象而引起基于气泡的油位上升，则气泡通过均压管29内，而气泡状的润滑油落入缓冲罐28内。

另外，隔板43或流动成型板44的下端部可以与油罐23的底面接触，也可以远离底面。在下端部与底面接触的情况下，在润滑油中形成从下部向上部的流动。在下端部远离底面的情况下，溶入了制冷剂的润滑油向下游侧流动而不停滞在分离区域41内的底部。在这种情况下，通过溶入了制冷剂的润滑油沿加热器27流动，能够使制冷剂有效地气化。

并且，在图3所示的例中，对设置一个隔板43和两个流动成型板44的情况进行图示，但本发明并不限定于这个例。例如，如图4所示，可以设置一个隔板43和一个流动成型板44。

排出区域42中设置油泵36。例如，油泵36为浸渍式泵，且设置于油罐23的底面。油泵36吸入油罐23的底部的润滑油并将润滑油供给至外部即供给至壳体30。本实施方式中，在产生起泡现象的情况下，气泡在分离区域41中上升，因此设置于排出区域42中的油泵36难以吸入制冷剂气体。

另外，如图3所示，加热器27可以仅设置于上游侧的分离区域41，也可以设置于下游侧的排出区域42。另外，通过将加热器27设置于排出区域42，能够使从润滑油分离的制冷剂的量上升。但是，在排出区域42中因加热器27的加热而可能产生起泡现象的情况下，优选不将加热器27设置于排出区域42。

缓冲罐28设置于均压管29。缓冲罐28能够储存从油罐23流出的气泡状润滑油，且具有不使润滑油流出至下游侧的均压管29的容量。在缓冲罐28的上部形成连接于与油罐23连接的均压管29的入口部。并且，在缓冲罐28的上部中，在与入口部不同的部分形成出口部，且出口部连接于与蒸发器8连接的均压管29。

从油罐23流出的制冷剂及润滑油经由均压管29供给至缓冲罐28。然后，从油罐23流出的润滑油暂时储存于缓冲罐28。并且，溶入于润滑油中的气化的制冷剂从缓冲罐28流向蒸发器8。

由此，即使在油罐23的内部产生起泡且气泡状的制冷剂及润滑油从油罐23流出，润滑油也被储存于缓冲罐28中，并且不会流向制冷循环，而只有制冷剂流向制冷循环。

油罐23的下方连接有回油管26。例如，回油管26的一端连接于缓冲罐28的底面，另一端连接于油罐23。回油管26与均压管29分开而设置，使储存于缓冲罐28的润滑油返回到油罐23。由此，从油罐23流出并蓄存于缓冲罐28的润滑油返回到油罐23而不流向制冷剂循环。

回油管26与油罐23连接的位置位于靠近油罐23中连接有润滑油供给管道22的位置的一侧。由此，从缓冲罐28返回的润滑油返回到在油罐23中连接有润滑油供给管道22的位置附近，例如排出区域42，因此从缓冲罐28返回的润滑油与即使在油罐23内产生起泡的情况下也不受起泡的影响的润滑油进行混合。

接着，对本实施方式所涉及的涡轮制冷机1中的润滑油的供给方法和冷却方法进行说明。

润滑油储存于油罐23，且通过油泵36从油罐23供给至涡轮压缩机2。供给至涡轮压缩机2的润滑油在涡轮压缩机2的马达壳体31的内部和增速器壳体32的内部供给至齿轮17、18和滚动轴承14。

供给至齿轮17、18和滚动轴承14的润滑油润滑齿轮17、18和滚动轴承14的同时通过摩擦损失而润滑油的温度上升。

通过涡轮压缩机2的马达壳体31和增速器壳体32的润滑油由油冷却器24进行冷却。由此，通过涡轮压缩机2的马达壳体31内和增速器壳体32内的齿轮17、18和滚动轴承14的润滑油由油冷却器24进行冷却。

之后，由油冷却器24冷却的润滑油和溶入于润滑油中的制冷剂排出至油罐23。

排出至油罐23的润滑油和制冷剂流向分离区域41中的下部，且由设置于油罐23内的下部的加热器27加热而制冷剂蒸发。其结果，被制冷剂稀释的润滑油的运动粘度恢复。

制冷剂蒸发而制冷剂的含量降低的润滑油流向油罐23的下游侧。并且，由加热器27蒸发的制冷剂气体朝向油罐23的上方，制冷剂气体从油罐23经由均压管29经过均压管29及缓冲罐28而供给至蒸发器8。

在因制冷循环中压力降低等原因而使油罐23内的压力降低且因气化的制冷剂而产生润滑油起泡的起泡现象的情况下，基于制冷剂及润滑油的气泡沿隔板43或流动成型板44上升。而且，浮在液体状的润滑油上的气泡沿润滑油的流动而朝向下游侧流动。

若因起泡现象而引起基于气泡的油位上升，则气泡通过均压管29内，而制冷剂和润滑油的气泡落入缓冲罐28内。其结果，润滑油储存于缓冲罐28内的下部，且气化的制冷剂经由均压管29流向蒸发器8。

以上，根据本实施方式，从油罐23流出的制冷剂及润滑油经由均压管29供给至缓冲罐28，润滑油暂时储存于缓冲罐28。由此，即使在油罐23内部产生起泡且制冷剂及润滑油从油罐23流出，润滑油也被储存于缓冲罐28中，并且不会流向制冷循环，而只有制冷剂流向制冷循环。

并且，溶入制冷剂的润滑油供给至油罐23的分离区域41，且在分离区域41中溶入制冷剂的润滑油被分离成润滑油和制冷剂。而且，被分离的润滑油从分离区域41供给至排出区域42，并供给至壳体30内部。分离区域41和排出区域42由隔板43分隔，因此在分离区域41中，流入油罐23的润滑油利用润滑油和制冷剂之间的比重差异或狭窄空间中的润滑油的温度上升来有效地进行分离。并且，通过设置隔板43，即使在分离区域41中产生起泡现象，也能够防止起泡的润滑油流入排出区域42。

根据以上，能够减少向蒸发器8等制冷循环流出的润滑油的量。并且，减少油泵36吸入的制冷剂的量，从而能够防止循环润滑油系统的润滑油的量的减少。

符号说明

1-涡轮制冷机，2-涡轮压缩机，3-冷凝器，4-过冷器，5-第一减压阀，6-中间冷却器，7-第二减压阀，8-蒸发器，9-马达，10-马达轴，10a-一端，11-旋转轴，11a-一端，11b-另一端，12-第一级叶轮，13-第二级叶轮，14-滚动轴承，15-压缩机构，17-齿轮，18-齿轮，19-增速机构，20-定子，21-转子，22-润滑油供给管道，23-油罐，24-油冷却器，25-润滑油排出管道，26-回油管，27-加热器，28-缓冲罐，29-均压管，30-壳体，31-马达壳体，32-增速器壳体，33-压缩机壳体，34-制冷剂供给管道，35-温度检测部，36-油泵，41-分离区域，42-排出区域，43-隔板，44-流动成型板。

Claims (6)

1.一种制冷机，其具备：

制冷循环，具备具有由马达驱动的压缩机构的电动压缩机、冷凝器及蒸发器，且循环制冷剂；

油罐，储存润滑油；

加热器，设置于所述油罐的内部且加热所述润滑油；

油循环管，与所述油罐连接，将所述润滑油从所述油罐供给至容纳所述马达的壳体内部，并且将所述润滑油从所述壳体返回到所述油罐；

均压管，与所述油循环管分开而一端与所述油罐连接，另一端与所述制冷循环连接；及

缓冲罐，设置于所述均压管，接收从所述油罐流出的所述制冷剂及所述润滑油，并且储存所述润滑油。

2.根据权利要求1所述的制冷机，其还具备：

回油管，一端与所述缓冲罐连接，且与所述均压管分开而另一端与所述油罐连接，并且将储存于所述缓冲罐的所述润滑油返回到所述油罐。

3.根据权利要求2所述的制冷机，其中，

所述回油管与所述油罐连接的位置为在所述油罐中连接有所述油循环管的位置附近。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制冷机，其中，

所述油罐由隔板分隔而被划分为从所述壳体返回的所述润滑油流入的分离区域和所述润滑油供给至所述壳体的排出区域。

5.根据权利要求4所述的制冷机，其中，

分离区域中设置有使储存于所述油罐的所述润滑油的流向从上部朝向下部或从下部朝向上部的流动成型板。

6.根据权利要求4所述的制冷机，其中，

所述隔板远离所述油罐的底面而设置。