CN114829746A - 旋转机械及使用了该旋转机械的制冷装置 - Google Patents

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Abstract

本公开的旋转机械(100)具备：轴承(10)；旋转轴(20)，其具有中空部(21)，该中空部(21)包含于由轴承(10)支承的部分(20s)；流体元件(30)，其安装于旋转轴(20)的一端部；导入孔(22)，其在流体元件(30)的背面侧设置于旋转轴(20)，用于向中空部(21)引导工作流体；以及排出孔(23)，其在超过由轴承(10)支承的部分(20s)而与导入孔(22)分离开的位置处设置于旋转轴(20)，用于向中空部(21)的外部引导工作流体。

Description

旋转机械及使用了该旋转机械的制冷装置
技术领域
本公开涉及旋转机械及使用了该旋转机械的制冷装置。
背景技术
专利文献1公开了极低温旋转机械。该极低温旋转机械具备：叶轮，其对作为工作流体的极低温制冷剂赋予动能；驱动装置，其驱动叶轮旋转；旋转轴，其将驱动装置的旋转力向叶轮传递；以及轴颈轴承，其支承旋转轴。在叶轮与轴颈轴承之间配置有绝热件。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-252442号公报
发明内容
发明要解决的课题
在旋转机械中，有时从轴承等发热源通过旋转轴及流体元件而向工作流体传递热量。当工作流体过度地接收热量时，工作流体的温度会产生非意图的上升。
本公开提供用于减少从轴承等发热源通过旋转轴及流体元件向工作流体传递的热量的技术。
用于解决课题的方案
本公开中的旋转机械具备：
轴承；
旋转轴，其具有中空部，该中空部包含于由所述轴承支承的部分；
流体元件，其安装于所述旋转轴的一端部；
导入孔，其在所述流体元件的背面侧设置于所述旋转轴，用于向所述中空部引导工作流体；以及
排出孔，其在超过由所述轴承支承的部分而与所述导入孔分离开的位置处设置于所述旋转轴，用于向所述中空部的外部引导所述工作流体。
发明效果
根据本公开的技术，能够减少从轴承等发热源通过旋转轴及流体元件向工作流体传递的热量。
附图说明
图1是实施方式1中的旋转机械的剖视图。
图2是图1所示的旋转机械的局部放大剖视图。
图3是表示环状凹部的别的形状的变形例的剖视图。
图4是实施方式2中的旋转机械的剖视图。
图5是实施方式3中的旋转机械的剖视图。
图6是实施方式4中的制冷装置的结构图。
具体实施方式
(成为本公开的基础的认知等)
在发明者想到了本公开的当时，作为用到氖、氦等温度是-190℃至-260℃的极低温的工作流体的旋转机械的1个课题，已知有工作流体与机械部件之间的温度差大。当工作流体与机械部件之间的温度差大时，流入工作流体的热量变得极大而工作流体的状态量变化。专利文献1提出了用于应对该课题的构造。
作为抑制从电动机、轴承等发热源向涡轮等流体元件的热传递的方案之一，可举出增加旋转轴的长度来谋求绝热。然而，当加长旋转轴时，旋转轴的动特性发生变化而旋转稳定性受损，乃至于高速旋转区域中的旋转机械的运转变得困难。发明者发现了该课题，为了解决该课题而构成了本公开的主题。
本公开提供用于在确保旋转轴的旋转稳定性的同时、减少从轴承等发热源通过旋转轴及流体元件向工作流体传递的热量的技术。
以下，参照附图来详细地说明实施方式。不过，有时省略必要程度以上的详细的说明。例如，有时省略已经熟知的事项的详细说明、或针对基本相同结构的重复说明。
附图及以下的说明为了本领域技术人员充分理解本公开而提供，并不意在由此限定技术方案的范围记载的主题。
(实施方式1)
以下，使用图1、图2及图3来说明实施方式1。
[1-1.结构]
图1是本实施方式的旋转机械100的剖视图。图2是图1所示的旋转机械100的局部截面放大图。如图1及图2所示那样，旋转机械100具备轴承10、旋转轴20及涡轮30。在本实施方式中，旋转机械100是膨胀机。详细而言，旋转机械100是径流式轮机。
轴承10支承旋转轴20。在本实施方式中，轴承10是滑动轴承。旋转机械100的工作流体作为轴承10的润滑剂使用。
涡轮30是安装于旋转轴20的一端部的流体元件。涡轮30与旋转轴20一起旋转。由涡轮30从工作流体引出功。根据本公开的技术，能够降低涡轮30的温度，因此能够减少工作流体通过涡轮30时从涡轮30接收的热量。
旋转轴20具有中空部21、至少1个导入孔22及至少1个第一排出孔23。中空部21是旋转轴20的内部的空间。中空部21包含于由轴承10支承的部分20s。导入孔22在涡轮30的背面侧设置于旋转轴20。第一排出孔23在超过由轴承10支承的部分20s而与导入孔22分离开的位置处设置于旋转轴20。导入孔22承担从旋转轴20的外部向中空部21引导工作流体的作用。第一排出孔23承担从中空部21向旋转轴20的外部引导工作流体的作用。
工作流体经由导入孔22而向中空部21导入，并在中空部21沿着与旋转轴20的轴线O平行的方向流动，并经由第一排出孔23而从中空部21排出。此时，旋转轴20被工作流体冷却，因此旋转轴20及涡轮30的温度降低。由此，能够抑制经由旋转轴20及涡轮30从轴承10向工作流体进行热传递。其结果是，能够抑制工作流体的温度的非意图的上升。为了抑制热传递而增加旋转轴20的长度不是必须的，因此旋转轴20的旋转稳定性也得以维持。
在本实施方式中，轴向上的中空部21的长度超过由轴承10支承的部分20s的长度。在轴向上，导入孔22与第一排出孔23之间的距离比由轴承10支承的部分20s长。在轴向上，由轴承10支承的部分20s的全部落入设置有中空部21的区间。根据这样的构造，被支承的部分20s整体被冷却，因此能够更充分地得到上述的效果。只要旋转轴20的强度得以充分确保即可，中空部21的内径不特别限定。中空部21的内径可以在轴向上恒定，也可以在轴向上变化。
在本说明书中，“轴向”是与旋转轴20的轴线O平行的方向。
在本实施方式中，多个导入孔22在旋转轴20的周向上以等角度间隔设置。例如，4个导入孔22以90度的角度间隔设置。多个导入孔22在轴向上的位置彼此一致。根据这样的构造，容易向中空部21顺畅地导入工作流体。导入孔22也可以仅设置有1个。
在本实施方式中，多个第一排出孔23在旋转轴的周向上以等角度间隔设置。例如，4个第一排出孔23以90度的角度间隔设置。多个第一排出孔23在轴向上的位置彼此一致。根据这样的构造，容易从中空部21顺畅地排出工作流体。第一排出孔23也可以仅设置有1个。
导入孔22及第一排出孔23分别朝向旋转轴20的半径方向开口。即，导入孔22及第一排出孔23并非设置于旋转轴20的轴向的两端面，而是设置于圆筒面。根据这样的构造，容易向中空部21顺畅地导入工作流体，容易从中空部21顺畅地排出工作流体。另外，根据这样的构造，能够尽量缩短导入孔22与第一排出孔23之间的距离。能够将工作流体向中空部21导入时的压力损失、以及工作流体从中空部21排出时的压力损失抑制为最小限度。因此，即便在导入孔22中的工作流体的压力与第一排出孔23中的工作流体的压力之差小的情况下，也能够向中空部21顺畅地导入工作流体。即便在使旋转机械100在低压及低流量的条件下运转的情况下，也能够抑制工作流体的温度上升。
在轴向上，在轴承10与涡轮30之间不存在其他部件。在轴向上，涡轮30稍微离开轴承10地配置以不与轴承10直接接触。涡轮30的背面30p与轴承10的端面10p相对。在轴承10与涡轮30之间存在背面空间40。背面空间40是环状的空间。背面空间40与工作流体的流路连通，因此工作流体能够进入背面空间40。导入孔22将背面空间40与旋转轴20的中空部21连通。根据这样的构造，容易经由导入孔22向中空部21顺畅地导入工作流体。
在本说明书中，“涡轮30的背面30p”是与轴承10相对一侧的面。
旋转机械100还具备轮机喷嘴31、轴承壳体60及轮机壳体61。轴承壳体60及轮机壳体61分别为第一壳体及第二壳体。轴承10固定于轴承壳体60的端面。轮机壳体61以覆盖轴承10及涡轮30的方式固定于轴承壳体60。轮机壳体61具有作为工作流体的流路的涡旋室61h。涡旋室61h与旋转机械100的吸入口(省略图示)连通。在轴承10与轮机壳体61之间配置有轮机喷嘴31。轮机喷嘴31承担朝向涡轮30引导工作流体的作用。轮机喷嘴31具有环形状，且包围涡轮30。轮机壳体61的静止的内壁面61k、涡轮30与轮机喷嘴31分别相对。由此，规定了工作流体的流路。详细而言，在轮机壳体61与轮机喷嘴31之间形成有工作流体的流路。在轮机壳体61与涡轮30之间形成有工作流体的流路。
在涡轮30与轮机喷嘴31之间存在间隙41。详细而言，间隙41在旋转轴20的半径方向上存在于涡轮30的外周端面与轮机喷嘴31的内周端面之间。间隙41与工作流体的流路及导入孔22连通。工作流体能够经由轮机喷嘴31及间隙41而流入导入孔22。详细而言，间隙41与背面空间40连通。工作流体能够经由轮机喷嘴31、间隙41及背面空间40而流入导入孔22。
如图2所示，背面空间40包括在旋转轴20的轴向上的尺寸从旋转轴20的半径方向上的涡轮30的外周端面趋向旋转轴20的外周面而扩大的部分。在本实施方式中，随着从间隙41趋向导入孔22，背面空间40在旋转轴20的轴向上的幅宽增加。根据这样的构造，在通过间隙41时工作流体的速度上升，在背面空间40中工作流体的压力上升。其结果是，容易经由导入孔22向中空部21顺畅地导入工作流体。
在本实施方式中，涡轮30在背面侧具有构成背面空间40的一部分的环状凹部30a。根据这样的构造，即便使轴承10与涡轮30充分接近，也能够确保充分的幅宽的背面空间40。也能够避免为了确保背面空间40而加长旋转轴20。环状凹部30a的形状不特别限定。
图3是表示环状凹部30a的别的形状的涡轮30的剖视图。如图3所示，在涡轮30的纵截面中，环状凹部30a也可以具有半圆或半椭圆的形状。“纵截面”是与轴线O平行且包含轴线O的截面。
在本实施方式中，轴承10在与涡轮30相邻的端面10p具有朝向轴承孔10h凹陷的环状凹部10a。端面10p与涡轮30相对。轴承10的环状凹部10a构成背面空间40的一部分。换言之，轴承10的端面10p相对于旋转轴20的半径方向倾斜。根据这样的构造，即便使轴承10与涡轮30充分地接近，也能够确保充分的幅宽的背面空间40。也能够避免为了确保背面空间40而加长旋转轴20。旋转机械100的纵截面中的端面10p的轮廓可以是直线，也可以是曲面。
需要说明的是，也可以不设置涡轮30的环状凹部30a及/或轴承10的环状凹部10a。换言之，涡轮30的背面30p也可以是与轴线O垂直的面。轴承10的端面10p也可以是与轴线O垂直的面。只要在轴向上导入孔22重叠于轴承10与涡轮30之间的间隙、且导入孔22朝向间隙开口，工作流体就能够流入导入孔22。
旋转机械100还具备轮机扩散器62。轮机扩散器62是筒状的部件，且配置于涡轮30的下游。轮机扩散器62以朝向涡轮30开口的方式安装于轮机壳体61。涡轮30与轮机扩散器62是同轴状的位置关系。轮机扩散器62的内径沿着轴向而逐渐扩大。
旋转机械100还具备电动机50。电动机50承担使旋转轴20旋转的作用。电动机50收纳于轴承壳体60的内部的空间60h。电动机50具有转子51及定子52。在旋转轴20固定有转子51。定子52固定于轴承壳体60。在本实施方式中，电动机50是内转子型。电动机50也可以作为发电机使用。
根据本实施方式，在轴向上，电动机50、轴承10及涡轮30依次排列。根据这样的排列，热量的传递方向与中空部21中的工作流体的流动方向成为反向。其结果是，能够高效地冷却轴承10以及电动机50。能够有效地抑制从轴承10及电动机50向工作流体的热传递。
在本实施方式中，第一排出孔23将收纳有电动机50的空间60h与旋转轴20的中空部21连通。收纳有电动机50的空间60h是轴承壳体60的内部的空间60h。根据这样的构造，不仅是轴承10，电动机50也能够被工作流体冷却。电动机50由于铜损及铁损而产生热量。通过利用工作流体来冷却电动机50，能够还减少经由旋转轴20从电动机50向涡轮30传递的热量。其结果是，能够进一步抑制工作流体的温度的非意图的上升。通过冷却电动机50，电动机50的效率也提高而能够削减消耗电力。
空间60h经由未图示的排气通路而与旋转机械100的外部连通。排气通路也可以是用于将与电动机50连接的配线向外部引出的通路。通过将用于向外部引出配线的通路兼用于排气通路，能够简化轴承壳体60等部件的构造。不过，排气通路也可以是用于将工作流体向旋转机械100的外部排出的专用的通路。
[1-2.动作]
接着，说明旋转机械100的动作的一例。
工作流体从设置于轮机壳体61的吸入口(未图示)流入涡旋室61h，并进一步从轮机喷嘴31的外周流入轮机喷嘴31。工作流体在轮机喷嘴31中膨胀，由此其压力被变换为流速。之后，工作流体被向涡轮30吹送。涡轮30被吹送来的工作流体赋予冲击。根据工作流体的状态，从涡轮30喷出工作流体时再次将压力变换为流速，因此涡轮30承接来自工作流体的反作用。在这些冲击及反作用的作用下，旋转轴20旋转而从工作流体取出功。从涡轮30喷出的工作流体流入轮机扩散器62。工作流体一边沿着轮机扩散器62的轴向且远离涡轮30的方向流动一边减速，使其压力恢复。之后，工作流体向旋转机械100的外部喷出。
通过上述动作，工作流体的温度及压力连续下降。例如，在是压力比为2至3程度的膨胀轮机的情况下，若在轮机喷嘴31中工作流体的温度为20℃，则在轮机扩散器62的出口处，工作流体的温度达到约-20℃至-40℃。工作流体膨胀而工作流体的温度降低，因此从轮机喷嘴31到涡轮30而在各部件的温度与工作流体的温度之间经常产生大的温度差。
在工作流体通过轮机喷嘴31及涡轮30时，工作流体的一部分经由处于涡轮30与轮机喷嘴31之间的分界的间隙41而被引导至背面空间40。工作流体经由导入孔22向中空部21流入，并在中空部21中流动，并经由第一排出孔23向旋转轴20的外部排出。此时，旋转轴20被工作流体冷却，旋转轴20及涡轮30的温度降低。能够抑制经由旋转轴20及涡轮30从轴承10向工作流体进行的热传递。其结果是，能够抑制工作流体的温度的非意图的上升。为了抑制热传递而增加旋转轴20的长度不是必须的，因此旋转轴20的旋转稳定性也得以维持。
引导到背面空间40的工作流体的流量取决于(i)间隙41的尺寸、(ii)间隙41的入口处的工作流体的压力与第一排出孔23的出口处的工作流体的压力之差。为了能够得到期望的效果，全部流量的1～10％的流量的工作流体经由间隙41、背面空间40及导入孔22向中空部21导入。在旋转轴20的旋转中，在轴承10与旋转轴20之间的轴承间隙，产生极大的压力。因此，工作流体基本不会流入轴承间隙。
[1-3.效果等]
如以上那样，在本实施方式中，旋转机械100构成为使工作流体流通到旋转轴20的中空部21。由此，能够抑制经由旋转轴20及流体元件从轴承10向工作流体进行的热传递。其结果是，能够抑制工作流体的温度的非意图的上升。为了抑制热传递而增加旋转轴20的长度不是必须的，因此旋转轴20的旋转稳定性也得以维持。
另外，在本实施方式中，导入孔22及排出孔23也可以分别朝向旋转轴20的半径方向开口。根据这样的构造，容易向中空部21顺畅地导入工作流体，容易从中空部21顺畅地排出工作流体。
另外，在本实施方式中，旋转机械100可以还具备在旋转轴20的轴向上存在于轴承10与流体元件之间、且工作流体能够进入的背面空间40，导入孔22也可以将背面空间40与旋转轴20的中空部21连通。根据这样的构造，容易经由导入孔22向中空部21顺畅地导入工作流体。
另外，在本实施方式中，背面空间40也可以包括在旋转轴20的轴向上的尺寸从旋转轴20的半径方向上的流体元件的外周端面趋向旋转轴20的外周面而扩大的部分。根据这样的构造，容易经由导入孔22向中空部21顺畅地导入工作流体。
另外，在本实施方式中，流体元件也可以在背面侧具有构成背面空间40的一部分的环状凹部30a。根据这样的构造，即便使轴承10与流体元件充分接近，也能够确保充分的幅宽的背面空间40。
另外，在本实施方式中，轴承10可以在与流体元件相邻的端面10p具有朝向轴承孔10h凹陷的环状凹部10a，也可以是，轴承10的环状凹部10a构成背面空间40的一部分。根据这样的构造，即便使轴承10与流体元件充分接近，也能够确保充分的幅宽的背面空间40。
另外，在本实施方式中，旋转机械100可以还具备使旋转轴20旋转的电动机50，也可以在旋转轴20的轴向上电动机50、轴承10及流体元件依次排列。根据这样的排列，热量的传递方向与中空部21中的工作流体的流动方向成为反向。其结果是，能够高效地冷却轴承10以及电动机50。
另外，在本实施方式中，旋转机械100可以还具备使旋转轴20旋转的电动机50，也可以是，排出孔23将收纳有电动机50的空间60h与旋转轴20的中空部21连通。根据这样的构造，不仅是轴承10，电动机50也能够被工作流体冷却。
另外，在本实施方式中，流体元件也可以是涡轮30。根据本公开的技术，能够减少工作流体通过涡轮30时从涡轮30接收的热量。
另外，在本实施方式中，旋转机械100也可以还具备：轮机喷嘴31，其朝向涡轮30引导工作流体；以及间隙41，其存在于轮机喷嘴31与涡轮30之间，且与导入孔22连通。根据这样的构造，工作流体能够经由轮机喷嘴31及间隙41而流入导入孔22。
(实施方式2)
以下，使用图4来说明实施方式2。
[2-1.结构]
图4是实施方式2的旋转机械102的剖视图。本实施方式的旋转机械102除了芯构件30t以外，具有与实施方式1的旋转机械100相同的构造。对与实施方式1同一构成元件标注同一标号并省略详细的说明。
旋转机械102还具备配置于中空部21的芯构件30t。芯构件30t具有比中空部21的内径小的直径。根据这样的构造，导入到中空部21中的工作流体的流速高速化，中空部21的内壁面与工作流体之间的热传递率提高。由此，能够进一步降低旋转轴20及涡轮30的温度。能够减少中空部21中的工作流体的流量。
在本实施方式中，芯构件30t是涡轮30的一部分。芯构件30t具有从涡轮30的轮毂沿着轴向延伸的圆柱的形状。在旋转轴20的横截面中，芯构件30t的周围的空间具有环形状。“横截面”是与轴线O垂直的截面。工作流体一边绕芯构件30t转圈一边从导入孔22朝向第一排出孔23流动。芯构件30t与旋转轴20是同轴状的位置关系。芯构件30t的长度大致等于轴向上的从导入孔22到第一排出孔23的长度。
不过，不必须使芯构件30t与涡轮30一体形成。芯构件30t与涡轮30也可以是分体部件。而且，芯构件30t也可以是与旋转轴20一体形成的部分。
[2-2.效果等]
在本实施方式中，旋转机械200也可以还具备配置于中空部21且具有比中空部21的内径小的直径的芯构件30t。根据这样的构造，能够进一步降低旋转轴20及流体元件的温度。
(实施方式3)
以下，使用图5来说明实施方式3。
[3-1.结构]
图5是实施方式3的旋转机械300的剖视图。本实施方式的旋转机械300除了实施方式1的旋转机械100的结构以外，还具备以下结构。
旋转机械300还具备第二排出孔24。第二排出孔24设置于旋转轴20。在旋转轴20的轴向上，在第一排出孔23与第二排出孔24之间配置有电动机50。在本实施方式中，在旋转轴20的轴向上，在第一排出孔23与第二排出孔24之间配置有电动机50的转子51。在旋转轴20的轴向上，在导入孔22与第二排出孔24之间配置有轴承10及电动机50。第二排出孔24承担从中空部21向旋转轴20的外部引导工作流体的作用。旋转轴20具有嵌合有电动机50的转子51的部分20a。中空部21在轴向上超过嵌合的部分20a而从导入孔22延伸到第二排出孔24。
根据本实施方式，工作流体的一部分经由第一排出孔23而从中空部21排出，工作流体的其余部分经由第二排出孔24而从中空部21排出。利用第二排出孔24，能够冷却嵌合有转子51的部分20a及电动机50的转子51。因此，能够更有效地抑制经由旋转轴20及涡轮30从轴承10向工作流体进行的热传递。能够进一步抑制工作流体的温度的非意图的上升。通过冷却电动机50，电动机50的效率也提高而能够削减消耗电力。
在本实施方式中，旋转轴20的外部包括收纳有电动机50的空间60h。第二排出孔24将收纳有电动机50的空间60h与旋转轴20的中空部21连通。收纳有电动机50的空间60h是轴承壳体60的内部的空间60h。根据这样的构造，能够更有效地冷却电动机50。
在本实施方式中，多个第二排出孔24在旋转轴的周向上以等角度间隔设置。例如，4个第二排出孔24以90度的角度间隔设置。多个第二排出孔24在轴向上的位置彼此一致。根据这样的构造，容易从中空部21顺畅地排出工作流体。第二排出孔24也可以仅设置有1个。
第二排出孔24朝向旋转轴20的半径方向开口。即，第二排出孔24并非设置于旋转轴20的轴向的端面，而是设置于圆筒面。根据这样的构造，容易从中空部21顺畅地排出工作流体。
在本实施方式中，旋转机械300具备膨胀机构201及压缩机构202。膨胀机构201是与参照实施方式1而说明的旋转机械100相当的部分。压缩机构202包括叶轮70。叶轮70是用于压缩工作流体的部件，且是安装于旋转轴20的另一端部的第二流体元件。旋转机械300是所谓的膨胀机一体型压缩机。由膨胀机构201回收到的工作流体的膨胀能量作为用于在压缩机构202中压缩工作流体的功的一部分来使用。
需要说明的是，若在旋转轴20的设计容许的范围内扩大中空部21的内径及第二排出孔24的开口直径，则即便省略第一排出孔23，也能够充分确保中空部21中的工作流体的流量而得到期望的效果。第二排出孔24也可以代替第一排出孔23而设置。
[3-2.效果等]
在本实施方式中，旋转机械300可以在将排出孔23定义为第一排出孔23时还具备设置于旋转轴20的第二排出孔24，也可以在旋转轴20的轴向上在第一排出孔23与第二排出孔24之间配置有电动机50。根据这样的构造，能够更有效地抑制经由旋转轴20及流体元件从轴承10向工作流体进行的热传递。能够进一步抑制工作流体的温度的非意图的上升。通过冷却电动机50，电动机50的效率也提高而能够削减消耗电力。
在本实施方式中，第二排出孔24也可以将收纳有电动机50的空间60h与旋转轴20的中空部21连通。根据这样的构造，能够更有效地冷却电动机50。
(实施方式4)
以下，使用图6来说明实施方式4。
[4-1.结构]
图6是实施方式4的制冷装置400的结构图。制冷装置400具备旋转机械300、第一热交换器401及第二热交换器402。
旋转机械300具有膨胀机构201及压缩机构202。旋转机械300是在实施方式3中说明的旋转机械。
第一热交换器401承担利用其他流体来冷却制冷剂的作用。其他流体可以是气体，也可以是液体。第二热交换器402是用于回收制冷剂的冷能的内部热交换器。作为第一热交换器401及第二热交换器402，可举出翅片管式热交换器、板式热交换器、双重管式热交换器、管壳式热交换器等。
制冷装置400的热循环是作为制冷剂而使用空气的空气制冷循环。由制冷装置400生成的低温的空气被引导至对象空间403。对象空间403例如是冷库。制冷装置400也可以使用于飞机的客舱用空调。空气的GWP(Global Warming Potential)为零，因此从保护地球环境的观点出发，希望将空气用作制冷剂。另外，若作为制冷剂使用空气，则能够将制冷装置400构建为开放型的系统。即，允许不回收从旋转轴20的中空部21排出的空气而向大气中放出。
由流路4a～4f将旋转机械300、第一热交换器401及第二热交换器402彼此连接。流路4a将压缩机构202的喷出口与第一热交换器401的制冷剂入口连接。流路4b将第一热交换器401的制冷剂出口与第二热交换器402的高压侧入口连接。流路4c将第二热交换器402的高压侧出口与膨胀机构201的吸入口连接。流路4d将膨胀机构201的喷出口与对象空间403连接。流路4e将对象空间403与第二热交换器402的低压侧入口连接。流路4f将第二热交换器402的低压侧出口与压缩机构202的吸入口连接。在流路4a～4f，也可以配置有别的热交换器、除霜装置等其他设备。
由压缩机构202压缩后的制冷剂在第一热交换器401及第二热交换器402中被冷却。冷却后的制冷剂在膨胀机构201中膨胀。由此，制冷剂的温度进一步降低。低温的制冷剂向对象空间403供给而用于期望的用途。从对象空间403排出后的制冷剂在第二热交换器402中被加热，之后，被导入压缩机构202。在一例中，压缩机构202的吸入口处的制冷剂的温度为20℃。压缩机构202的喷出口处的制冷剂的温度是85℃。第一热交换器401的制冷剂出口处的制冷剂的温度是40℃。膨胀机构201的吸入口处的制冷剂的温度是-30℃。膨胀机构201的喷出口处的制冷剂的温度是-70℃。
[4-2.效果等]
本实施方式的制冷装置400具备旋转机械300。通过采用旋转机械300，能够生成更低温的制冷剂。
在本实施方式中，制冷剂也可以是空气。从保护地球环境的观点出发，希望将空气用作制冷剂。另外，若作为制冷剂使用空气，则能够将制冷装置400构建为开放型的系统。
根据本实施方式的制冷装置400，在旋转机械300中从膨胀机构201的部件向制冷剂的热传递被抑制，因此能够生成更低温的制冷剂。通过采用旋转机械300，制冷装置400的效率(制冷)系数提高。
(其他实施方式)
如以上那样，作为在本申请中公开的技术的例示，说明了实施方式1～4。然而，本公开中的技术不限定于此，也能够适用于进行了变更、置换、附加、省略等的实施方式。另外，也可以将上述实施方式1～4中说明的各构成元件组合而形成新的实施方式。
本公开的技术不仅能够适用于膨胀轮机，也能够适用于离心式压缩机。在离心式压缩机中，工作流体也能够从旋转轴的半径方向上叶轮与分散器之间的间隙进入叶轮的背面空间，因此能够适用本公开的技术。
产业上的可利用性
本公开的技术能够适用于压缩机、膨胀轮机、废气轮机增压器等旋转机械。

Claims (15)

1.一种旋转机械，其中，
所述旋转机械具备：
轴承；
旋转轴，其具有中空部，该中空部包含于由所述轴承支承的部分；
流体元件，其安装于所述旋转轴的一端部；
导入孔，其在所述流体元件的背面侧设置于所述旋转轴，用于向所述中空部引导工作流体；以及
排出孔，其在超过由所述轴承支承的部分而与所述导入孔分离开的位置处设置于所述旋转轴，用于向所述中空部的外部引导所述工作流体。
2.根据权利要求1所述的旋转机械，其中，
所述导入孔及所述排出孔分别朝向所述旋转轴的半径方向开口。
3.根据权利要求1或2所述的旋转机械，其中，
还具备在所述旋转轴的轴向上存在于所述轴承与所述流体元件之间的背面空间，所述工作流体能够进入所述背面空间，
所述导入孔将所述背面空间与所述旋转轴的所述中空部连通。
4.根据权利要求3所述的旋转机械，其中，
所述背面空间包括在所述旋转轴的轴向上的尺寸从所述旋转轴的半径方向上的所述流体元件的外周端面趋向所述旋转轴的外周面而扩大的部分。
5.根据权利要求3或4所述的旋转机械，其中，
所述流体元件在所述背面侧具有构成所述背面空间的一部分的环状凹部。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的旋转机械，其中，
所述轴承在与所述流体元件相邻的端面具有朝向轴承孔凹陷的环状凹部，
所述轴承的所述环状凹部构成所述背面空间的一部分。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的旋转机械，其中，
还具备使所述旋转轴旋转的电动机，
在所述旋转轴的轴向上，所述电动机、所述轴承及所述流体元件依次排列。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的旋转机械，其中，
还具备使所述旋转轴旋转的电动机，
所述排出孔将收纳有所述电动机的空间与所述旋转轴的所述中空部连通。
9.根据权利要求7或8所述的旋转机械，其中，
在将所述排出孔定义为第一排出孔时，还具备设置于所述旋转轴的第二排出孔，
在所述旋转轴的轴向上，在所述第一排出孔与所述第二排出孔之间配置有所述电动机。
10.根据权利要求9所述的旋转机械，其中，
所述第二排出孔将收纳有所述电动机的空间与所述旋转轴的所述中空部连通。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的旋转机械，其中，
还具备配置于所述中空部且具有比所述中空部的内径小的直径的芯构件。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的旋转机械，其中，
所述流体元件是涡轮。
13.根据权利要求12所述的旋转机械，其中，
还具备：
轮机喷嘴，其朝向所述涡轮引导所述工作流体；以及
间隙，其存在于所述轮机喷嘴与所述涡轮之间，且与所述导入孔连通。
14.一种制冷装置，其中，
具备权利要求1至13中任一项所述的旋转机械。
15.根据权利要求14所述的制冷装置，其中，
制冷剂是空气。
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