JP2004162645A - Compressor and compression heat pump system having the same - Google Patents

Compressor and compression heat pump system having the same Download PDF

Info

Publication number
JP2004162645A
JP2004162645A JP2002331055A JP2002331055A JP2004162645A JP 2004162645 A JP2004162645 A JP 2004162645A JP 2002331055 A JP2002331055 A JP 2002331055A JP 2002331055 A JP2002331055 A JP 2002331055A JP 2004162645 A JP2004162645 A JP 2004162645A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure
compressor
space
sealing fluid
main body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002331055A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masashi Nishigaki
雅司 西垣
Koji Moriya
浩二 守家
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osaka Gas Co Ltd filed Critical Osaka Gas Co Ltd
Priority to JP2002331055A priority Critical patent/JP2004162645A/en
Publication of JP2004162645A publication Critical patent/JP2004162645A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compressor 2 in which extremely high pressure natural operating medium X in a main body 23 of the compressor 2 is prevented from flowing out of between a drive shaft 21 and the main body 23 to the atmosphere or the like, even in a compression heat pump system using natural operating medium such as carbon dioxide to be compressed into extremely high pressure. <P>SOLUTION: A plurality of shaft seal parts S1, S2 are disposed in a shaft space 29 between the drive shaft 21 and the main body 23, and along the drive shaft 21 to be in parallel with each other. Fluid sealant Y is supplied to a fluid sealant space 28 formed between the plurality of shaft seal parts S1, S2 in the shaft space 29. A fluid sealant supply means A is provided for setting the fluid sealant space 28 to be lower than discharge pressure of compressed fluid X and higher than pressure outside of the main body 23. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、本体内に収容された圧縮回転子の回転駆動により被圧縮流体を圧縮可能に構成され、前記圧縮回転子の駆動軸の一端部が外部回転駆動源に連結される連結部として前記本体外に露出されているコンプレッサ及びそれを備えた圧縮式ヒートポンプシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の作動媒体としてフロン等の人工作動媒体を用いる圧縮式ヒートポンプシステムは、気相状態の作動媒体をコンプレッサで圧縮した後に放熱器で放熱して冷却して液相状態とし、冷却後の作動媒体液を膨張弁で減圧した後に吸熱器で蒸発させて大気から蒸発潜熱を奪い気相状態とするように構成されており、上記フロン等の人工作動媒体を気相状態と液相状態との間で変化させる際の吸熱・放熱を利用して、上記吸熱器から放熱器側に熱を強制的に移動させるように構成されている。
【0003】
また、近年、オゾン層保護や地球温暖化防止の観点から、圧縮式ヒートポンプシステムの作動媒体として、フロンのような人工作動媒体ではなく、二酸化炭素のような自然作動媒体の適用が注目されており、このような二酸化炭素を作動媒体として適用した圧縮式ヒートポンプシステムが実用化されている。
【0004】
かかる自然作動媒体としての二酸化炭素の臨界点温度は、上記フロン等の人工作動媒体よりも低いので、例えば夏季等の外気温が高いときには、放熱器での二酸化炭素の温度が二酸化炭素の臨界点温度よりも高くなり、放熱器において、二酸化炭素が液相状態とならないことがある。
従って、二酸化炭素等の自然作動媒体を用いた圧縮式ヒートポンプシステムでは、十分な能力を発揮するために、コンプレッサの動作圧(作動媒体の吐出圧力)を10MPa程度と極めて高く設定する場合がある。
【0005】
一方、圧縮式ヒートポンプシステムのコンプレッサの回転駆動源を、外部に設置されたエンジン等の外部回転駆動源とする場合には、当該コンプレッサを、圧縮用の圧縮回転子を回転させるための駆動軸の連結部が本体外に露出した外部駆動型のコンプレッサとして構成する必要があり、その駆動軸と本体との間には、本体内の圧縮回転子側から駆動軸に沿って作動媒体が外部に流出することを防止するための公知のメカニカルシール等の軸シール部が設けられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
フロン等の人工作動媒体を用いる圧縮式ヒートポンプシステムでは、動作圧が3MPa程度と比較的低いので、前述の軸シール部を設けることで作動媒体の流出を容易に抑制することができるが、二酸化炭素等の自然作動媒体を用いる圧縮式ヒートポンプシステムでは、動作圧が10MPa程度と極めて高いので、前述の軸シール部を単に設けるだけでは作動媒体が外部に流出することを十分に抑制するのは困難である。
【0007】
従って、本発明は、上記の事情に鑑みて、非常に高い圧力に圧縮する必要がある二酸化炭素等の自然作動媒体を用いた圧縮式ヒートポンプシステムにおいても、コンプレッサ本体内の非常に高圧な自然作動媒体が駆動軸とコンプレッサ本体との間から大気等に流出することを良好に抑制することができるコンプレッサを実現することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係るコンプレッサの第一特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項1に記載した如く、本体内に収容された圧縮回転子の回転駆動により被圧縮流体を圧縮可能に構成され、前記圧縮回転子の駆動軸の一端部が外部回転駆動源に連結される連結部として前記本体外に露出されているコンプレッサであって、
前記駆動軸と前記本体との間の軸空間に複数の軸シール部を前記駆動軸に沿って並設すると共に、
前記軸空間の前記複数の軸シール部の間に形成された封止流体空間に封止流体を供給すると共に、前記封止流体空間の圧力を前記被圧縮流体の吐出圧力より低く且つ前記本体外の圧力より高い設定圧力に設定する封止流体供給手段を備えた点にある。
【0009】
即ち、上記第一特徴構成のコンプレッサによれば、上記封止流体供給手段を設けることで、上記駆動軸に沿って上記封止流体空間よりも圧縮回転子側に配置されたメカニカルシール等の軸シール部においては、圧縮回転子側に存在する最も高い吐出圧力の被圧縮流体が、その吐出圧力より低く且つ例えば大気圧等の本体外圧力より高い設定圧力の封止流体が供給された封止流体空間に流出することを抑制するものであればよい。更に、上記駆動軸に沿って上記封止流体空間よりも連結部側に配置されたメカニカルシール等の軸シール部においては、上記設定圧力の封止流体が、その設定圧力より低い大気圧等である本体外に流出することを抑制するものであればよい。従って、上記各軸シール部を、上記被圧縮流体の吐出圧力と本体外の圧力との差圧よりも十分に小さい差圧下において、被圧縮流体及び封止流体の流出を抑制するような簡単な構成のものとしながら、例えば被圧縮流体の吐出圧力を非常に高いものとしても、各軸シール部における上記差圧が小さいため、被圧縮流体及び封止流体の流出を各軸シール部において十分に抑制することができる。
【0010】
従って、二酸化炭素等の自然作動媒体を用いた圧縮式ヒートポンプシステム用のコンプレッサとして利用しても、本体内の高圧な被圧縮流体である作動媒体が駆動軸と本体との間から大気等に流出することを良好に抑制することができるコンプレッサを実現することができる。
【0011】
また、若干量の封止流体が、上記封止流体空間から、上記駆動軸に沿って上記封止流体空間よりも連結部側の軸シール部を介して本体外に流出する可能性があるため、上記封止流体としては大気に流出しても問題のない流体であることが好ましく、例えば、空気、窒素、水等を封止流体として使用することが好ましい。
【0012】
本発明に係るコンプレッサの第二特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項2に記載した如く、上記第一特徴構成に加えて、前記封止流体供給手段が、前記外部回転駆動源の回転駆動力の一部を利用して、前記封止流体空間に供給される前記封止流体を圧縮する圧縮手段を備えて構成されている点にある。
【0013】
即ち、上記第二特徴構成のコンプレッサによれば、上記封止流体供給手段は、上記圧縮手段により上記エンジン等の外部駆動源の動力の一部を利用して圧縮した封止流体を封止流体空間に供給することで、上記封止流体空間の圧力を、常に、大気圧等の本体外の圧力より高い設定圧力に維持することができ、駆動軸に沿って上記封止流体空間よりも圧縮回転子側の軸シール部における差圧を常に小さいものに維持して、被圧縮流体の封止流体空間への流出を良好に抑制することができる。
また、上記圧縮手段を設けることで、上記封止流体を蓄圧して保管する蓄圧部を設ける必要がなく、また、上記設定圧力の封止流体の補充の手間を省くことができる。
【0014】
本発明に係るコンプレッサの第三特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項3に記載した如く、上記第一乃至第二特徴構成に加えて、前記被圧縮流体が二酸化炭素である点にある。
【0015】
即ち、上記第三特徴構成のコンプレッサによれば、上記被圧縮流体としての二酸化炭素を圧縮するように構成しても、上記封止流体供給手段により、上記二酸化炭素が駆動軸を沿って本体外に流出することを良好に抑制することができ、吐出圧力を非常に高く設定することができる。
【0016】
この目的を達成するための本発明に係る圧縮式ヒートポンプシステムの特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項4に記載した如く、圧縮式ヒートポンプにおける作動媒体を前記被圧縮流体として圧縮するコンプレッサとして、上記第一乃至第三特徴構成のコンプレッサを備えた点にある。
【0017】
即ち、上記特徴構成の圧縮式ヒートポンプシステムによれば、非常に高い圧力に圧縮する必要がある二酸化炭素等の自然作動媒体を用いも、上記コンプレッサの封止流体供給手段によりコンプレッサの本体内の被圧縮流体である自然作動媒体が本体外に流出すること良好に抑制することができる圧縮式ヒートポンプシステムを実現することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図1に示す圧縮式ヒートポンプシステム100は、公知の如く、作動媒体Xが、コンプレッサ2,20、放熱器3、膨張弁4、吸熱器5を記載順に循環する構成とされており、吸熱器5において作動媒体Xが吸熱し、放熱器3において作動媒体Xが放熱する。
【0019】
ここで、吸熱器5における吸熱対象としては、大気を想定しており、吸熱器5には気−液熱交換器が採用される。また、放熱器3における加熱対象は、給湯用の湯水であり、放熱器3には液−液熱交換器が採用される。
【0020】
作動媒体Xは、自然作動媒体としての二酸化炭素である。
各機器での状態について説明すると、吸熱器5からコンプレッサ2,20へ接続された管材で構成される作動媒体流路7においては、温度が4℃程度且つ圧力が4MPa程度の作動媒体Xが流通し、コンプレッサ2,20から放熱器3へ接続された管材で構成される作動媒体流路8においては、温度が80℃程度且つ圧力が9.0〜10MPa程度の作動媒体Xが流通し、放熱器3から膨張弁4へ接続された管材で構成される作動媒体流路9においては、温度が4℃程度且つ圧力が9.0〜10MPa程度の作動媒体Xが流通し、膨張弁4から吸熱器5に接続された管材で構成される作動媒体流路10においては、温度が4℃程度且つ圧力が4MPa程度の作動媒体Xが流通するように、コンプレッサ2,20の動作圧(作動媒体Xの吐出圧力)及び膨張弁4の設定差圧等が設定されている。
【0021】
〔第一実施形態〕
次に、図1に示す圧縮式ヒートポンプシステム100に設けられる第一実施形態のコンプレッサ2の構成を図2に基づいて説明する。
第一実施形態のコンプレッサ2は、本体23内の圧縮室26に収容された圧縮回転子25の回転駆動により、作動媒体流路7から圧縮室26に供給された二酸化炭素である作動媒体Xを被圧縮流体として圧縮して作動媒体流路8側に吐出するベーンロータリーコンプレッサとして構成されている。
【0022】
また、圧縮回転子25の駆動軸21の一端部が、外部回転駆動源としてのエンジン50の駆動軸51の連結部52にベルト12を介して連結される連結部22として本体23外に露出されており、上記コンプレッサ2の駆動軸21が、外部に設置されたエンジン50の駆動力により回転駆動する。
【0023】
また、コンプレッサ2の駆動軸21と本体23との間の筒状の軸空間29には、第1軸シール部S1と第2軸シール部S2とが、駆動軸21に沿って、上記圧縮回転子25側から連結部22に渡って記載の順に、並設されている。
【0024】
第1軸シール部S1及び第2軸シール部S2の夫々は、駆動軸2の軸方向に沿って摺動可能に上記軸空間29に内挿されたシールリング31,35と、駆動軸21に固設されて駆動軸21と共に回転駆動し、当該シールリング31,35のシール端面31a,35aに摺接するメインティングリング32,36と、上記シールリング31,35を上記メインティングリング32,36側に付勢するスプリング30,34とを備えた公知のメカニカルシールとして構成されている。
【0025】
コンプレッサ2の駆動軸21と本体23との間の筒状の軸空間29は、上記のように第1軸シール部S1及び第2軸シール部S2とを設けることにより、圧縮室26から上記第1軸シール部S1のシール端面31aまでの第1空間27と、上記第1軸シール部S1のシール端面31aから第2軸シール部S2のシール端面35aまでの第2空間28とに区画されることになる。
【0026】
上記第1空間27には、圧縮室26で圧縮された作動媒体Xが軸受部等を介して流出し、その第1空間27の圧力は、例えば9.0〜10MPa程度の作動媒体Xの吐出圧力となると考えられ、そのままでは、その作動媒体Xが上記第2空間28を介して外部(大気)に流出する恐れがある。
【0027】
そこで、コンプレッサ2は、作動媒体Xとは異なり、大気に漏洩しても問題がない空気又は窒素等の封止流体Yを高圧状態で貯留するタンク40を備え、更に、そのタンク40に貯留された封止流体Yを管材で構成される封止流体流路38を介して封止流体空間としての第2空間28に供給すると共に、第2空間28側の圧力が、作動媒体Xの吐出圧力、即ち第1空間27の圧力より低く、且つ、本体23外の圧力、即ち大気圧より高い設定圧力となるように、タンク40から第2空間28に供給される封止流体Yの圧力を調整する圧力調整弁39とを備える。
【0028】
即ち、上記タンク40及び封止流体流路38及び圧力調整弁39は、封止流体空間としての第2空間28に封止流体Yを供給すると共に、第2空間28圧力を上記設定圧力に設定する封止流体供給手段Aとして機能する。
【0029】
そして、上記封止流体供給手段Aを備えることで、第1軸シール部S1は、吐出圧力となる第1空間27の作動媒体Xが、その吐出圧力より低く且つ例えば大気圧等の本体外圧力より高い設定圧力の第2空間28に流出することを抑制する程度のメカニカルシールであればよい。更に、第2軸シール部S2は、設定圧力となる第2空間28の封止流体Yが、その設定圧力より低い大気圧等の本体23外に流出することを抑制する程度のメカニカルシールであればよい。従って、上記各軸シール部S1,S2を、コンプレッサ2の動作圧と本体23外の大気圧等との差圧よりも十分に小さい差圧下において、作動媒体X及び封止流体Yの流出を抑制するような簡単な構成のものとしながら、例えば作動媒体Xの吐出圧力を9.0〜10MPa程度の非常に高いものとしても、各軸シール部S1,S2において、上記差圧が小さいため、作動媒体X及び封止流体Yの流出を十分に抑制することができる。
【0030】
更に、上記封止流体Yは、空気又は窒素等であるため、第2空間28から第2軸シール部S2を介して若干量が大気に流出しても問題がない。従って、第2空間28の圧力である設定圧力は、第1軸シール部S1において上記第1空間27から第2空間28への作動媒体Xの流出が良好に阻止できるように、動作圧力との圧力差が小さくなるように、高めに設定することが好ましい。
【0031】
尚、本実施形態において、コンプレッサ2を停止しているときには、第2空間28の圧力を設定圧力から大気圧程度に低下させるために、圧力調整弁39を強制的に閉弁して、第2空間28への封止流体Yの供給を停止することが好ましい。
【0032】
〔第二実施形態〕
次に、図1に示す圧縮式ヒートポンプシステム100に設けられる第二実施形態のコンプレッサ20の構成を図3に基づいて説明する。
第二実施形態のコンプレッサ20は、上記第一実施形態のコンプレッサ2と同様の構成については、同じ符号を付すと共に、詳細な説明を割愛するが、第一実施形態のコンプレッサ2と同様のベーンロータリーコンプレッサとして構成されており、更に、上記コンプレッサ2の駆動軸21がエンジン50の駆動力により回転駆動する。
【0033】
また、コンプレッサ20の駆動軸21と本体23との間の筒状の軸空間29には、第1軸シール部S1と第2軸シール部S2とが、駆動軸21に沿って、上記圧縮回転子25側から連結部22に渡って記載の順に、並設されており、第1軸シール部S1及び第2軸シール部S2の夫々は、メカニカルシールとして構成されている。
【0034】
コンプレッサ20の駆動軸21と本体23との間の筒状の軸空間29は、上記のように第1軸シール部S1及び第2軸シール部S2とを設けることにより、第1空間27と第2空間28とに区画されることになる。
【0035】
本実施形態のコンプレッサ20は、本体23に内蔵され、本体23外から封止流体流路41を介して封止流体Yである空気を取込み、取込んだ封止流体Yを圧縮した後に、封止流体流路44を介して封止流体空間としての第2空間28に供給する圧縮手段Bと、第2空間28の圧力が上記設定圧力となるように、第2空間28側の圧力が設定圧力より高くなったときに開弁して第2空間28から封止流体流路45を介して本体23外に封止流体Yを放出する圧力調整弁46とを備える。そして、上記圧縮手段B及び封止流体流路41,44,45及び圧力調整弁46が、封止流体空間としての第2空間28に封止流体Yを供給すると共に、第2空間28圧力を上記設定圧力に設定する封止流体供給手段Aとして機能する。
【0036】
また、上記圧縮手段Bは、本体23内の圧縮室43に収容され駆動軸21に連結された圧縮回転子42の回転駆動により、封止流体流路41から圧縮室43に供給された空気である封止流体Yを圧縮して封止流体流路44側に吐出するベーンロータリーコンプレッサとして構成され、駆動軸21に伝達されるエンジン50の回転駆動力の一部を利用して、第2空間28に供給される封止流体Yを圧縮するように構成されている。
【0037】
上記のように圧縮手段Bを設けることで、第一実施形態のように、封止流体Yを蓄圧して保管するタンク40を設ける必要がなく、また、上記設定圧力の封止流体Yの補充の手間を省くことができる。
また、このような圧縮手段Bにより、エンジン50の回転駆動力の一部を用いて第2空間28に供給される封止流体Yを圧縮するので、エンジン50及びコンプレッサ20を停止したときには、第2空間28の圧力を設定圧力から低下させることができる。
尚、本実施形態において、圧縮手段Bを本体23に内蔵したが、別に、本体23外部に設置され、上記エンジン50の駆動軸51にベルト等を介して連結され駆動する圧縮機により圧縮手段Bを構成しても構わない。
【0038】
〔別実施形態〕
上記第一及び第二実施形態において、第2空間28の圧力を設定圧力に設定するために、流路内の圧力変動により開閉し、流路内の圧力を設定圧力とする圧力調整弁39,46を用いたが、圧力調整弁39,46の代わりに、制御装置等からの制御信号により開閉可能な制御弁を備え、第2空間28の圧力を検出する圧力センサの検出結果に基づいて制御弁をフィードバック制御して、第2空間28の圧力を設定圧力に設定しても構わない。
【0039】
上記実施形態において、作動媒体Xを二酸化炭素としたが、別に、本発明において利用される作動媒体は通常のヒートポンプシステムで利用される作動媒体であればよく、更に、作動媒体Xとして、エタン、キセノン、亜酸化窒素等を利用することもできる。
【0040】
上記実施形態において、コンプレッサ2,20を、1つの圧縮室26において作動媒体Xを圧縮する所謂一段型のコンプレッサとしたが、別に、コンプレッサ2,20を複数の圧縮室において作動媒体Xを圧縮する多段方のコンプレッサとして構成しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図1】圧縮式ヒートポンプの構成を示す図
【図2】第一実施形態のコンプレッサの構成を示す図
【図3】第二実施形態のコンプレッサの構成を示す図
【符号の説明】
2,20:コンプレッサ
3:放熱器
4:膨張弁
5:吸熱器
7,8,9,10:作動媒体流路
21:駆動軸
22:連結部
23:本体
25:圧縮回転子
26:圧縮室
27:第1空間
28:第2空間(封止流体空間)
29:軸空間
38:封止流体流路
39:圧力調整弁
40:タンク
41,44,45:封止流体流路
42:圧縮回転子
43:圧縮室
46:圧力調整弁
50:エンジン
100:圧縮式ヒートポンプシステム
A:封止流体供給手段
B:圧縮手段
S1:第1軸シール部
S2:第2軸シール部
X:作動媒体
Y:封止流体
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is configured such that a fluid to be compressed can be compressed by rotational driving of a compression rotor housed in a main body, and one end of a drive shaft of the compression rotor is connected to an external rotation drive source as a connecting portion. The present invention relates to a compressor exposed outside a main body and a compression heat pump system including the same.
[0002]
[Prior art]
A conventional compression heat pump system that uses an artificial working medium such as chlorofluorocarbon as a working medium compresses a working medium in a gaseous phase with a compressor, then radiates heat with a radiator and cools the working medium into a liquid phase. The liquid is decompressed by an expansion valve and then evaporated by a heat absorber to remove the latent heat of evaporation from the atmosphere to form a gaseous state. By utilizing the heat absorption / radiation at the time of the change, the heat is forcibly moved from the heat absorber to the radiator side.
[0003]
In recent years, from the viewpoint of protection of the ozone layer and prevention of global warming, application of a natural working medium such as carbon dioxide as an operating medium of a compression heat pump system, instead of an artificial working medium such as chlorofluorocarbon, has been attracting attention. A compression heat pump system using such carbon dioxide as a working medium has been put to practical use.
[0004]
Since the critical point temperature of carbon dioxide as such a natural working medium is lower than that of an artificial working medium such as chlorofluorocarbon, when the outside air temperature is high, for example, in summer, the temperature of carbon dioxide in the radiator increases the critical point of carbon dioxide. The temperature may be higher than the temperature, and carbon dioxide may not be in a liquid phase state in the radiator.
Therefore, in a compression heat pump system using a natural working medium such as carbon dioxide, the operating pressure of the compressor (discharge pressure of the working medium) may be set to an extremely high level of about 10 MPa in order to exhibit sufficient performance.
[0005]
On the other hand, when the rotation drive source of the compressor of the compression heat pump system is an external rotation drive source such as an engine installed outside, the compressor is used as a drive shaft for rotating a compression rotor for compression. It is necessary to configure the external drive type compressor with the connection part exposed outside the main body, and between the drive shaft and the main body, the working medium flows out from the compression rotor side inside the main body along the drive shaft. A shaft seal portion such as a known mechanical seal or the like for preventing the above-mentioned operation is provided.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In a compression heat pump system using an artificial working medium such as chlorofluorocarbon, the operating pressure is relatively low at about 3 MPa. Therefore, the outflow of the working medium can be easily suppressed by providing the aforementioned shaft seal portion. In a compression heat pump system using a natural working medium such as the one described above, the operating pressure is as high as about 10 MPa, so it is difficult to sufficiently prevent the working medium from flowing out by simply providing the shaft seal. is there.
[0007]
Therefore, in view of the above circumstances, the present invention provides a compression type heat pump system using a natural working medium such as carbon dioxide which needs to be compressed to a very high pressure. It is an object of the present invention to realize a compressor that can favorably prevent a medium from flowing into the atmosphere or the like from between a drive shaft and a compressor body.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A first characteristic configuration of the compressor according to the present invention for achieving this object is, as described in claim 1 of the claims, by the rotational drive of the compression rotor housed in the main body. The compressor is configured to be able to compress, one end of the drive shaft of the compression rotor is exposed outside the main body as a connection portion connected to an external rotation drive source,
A plurality of shaft seals are arranged in a shaft space between the drive shaft and the main body along the drive shaft, and
A sealing fluid is supplied to a sealing fluid space formed between the plurality of shaft seal portions of the shaft space, and a pressure of the sealing fluid space is lower than a discharge pressure of the fluid to be compressed and outside the main body. And a sealing fluid supply means for setting the set pressure higher than the set pressure.
[0009]
That is, according to the compressor having the first characteristic configuration, by providing the sealing fluid supply means, a shaft such as a mechanical seal disposed along the drive shaft on the side of the compression rotor with respect to the sealing fluid space. In the seal portion, the fluid to be compressed having the highest discharge pressure existing on the side of the compression rotor is supplied with a sealing fluid having a set pressure lower than the discharge pressure and higher than the external pressure such as the atmospheric pressure. What is necessary is just to suppress outflow to the fluid space. Further, in a shaft seal portion such as a mechanical seal disposed closer to the connecting portion than the sealing fluid space along the drive shaft, the sealing fluid at the set pressure is applied at an atmospheric pressure lower than the set pressure. What is necessary is just a thing which suppresses outflow to a certain main body. Therefore, each of the shaft seal portions is provided with a simple pressure-suppressing device that suppresses the outflow of the fluid to be compressed and the sealing fluid under a pressure difference sufficiently smaller than the pressure difference between the discharge pressure of the fluid to be compressed and the pressure outside the main body. For example, even if the discharge pressure of the fluid to be compressed is extremely high, the differential pressure at each shaft seal portion is small, so that the outflow of the fluid to be compressed and the sealing fluid can be sufficiently performed at each shaft seal portion. Can be suppressed.
[0010]
Therefore, even when used as a compressor for a compression heat pump system using a natural working medium such as carbon dioxide, the working medium, which is a high-pressure compressed fluid in the main body, flows out from between the drive shaft and the main body to the atmosphere or the like. Thus, it is possible to realize a compressor capable of favorably suppressing the operation of the compressor.
[0011]
Also, since a small amount of the sealing fluid may flow out of the main body along the drive shaft from the sealing fluid space via the shaft seal portion closer to the connecting portion than the sealing fluid space. The sealing fluid is preferably a fluid having no problem even if it flows out to the atmosphere. For example, it is preferable to use air, nitrogen, water or the like as the sealing fluid.
[0012]
The second characteristic configuration of the compressor according to the present invention is, as described in claim 2 in the claims section, in addition to the first characteristic configuration, wherein the sealing fluid supply unit includes the external rotation drive source. It is characterized in that it comprises a compression means for compressing the sealing fluid supplied to the sealing fluid space by utilizing a part of the rotational driving force.
[0013]
That is, according to the compressor having the second characteristic configuration, the sealing fluid supply unit converts the sealing fluid compressed by the compression unit using a part of the power of an external drive source such as the engine into the sealing fluid. By supplying the pressure to the space, the pressure of the sealing fluid space can always be maintained at a set pressure higher than the pressure outside the main body such as the atmospheric pressure, and the pressure is more compressed along the drive shaft than the sealing fluid space. The differential pressure in the shaft seal portion on the rotor side is always kept small, so that the outflow of the compressed fluid into the sealed fluid space can be suppressed well.
Further, by providing the compression means, it is not necessary to provide a pressure accumulating section for accumulating and storing the sealing fluid, and it is possible to save the trouble of replenishing the sealing fluid at the set pressure.
[0014]
A third characteristic configuration of the compressor according to the present invention is that, in addition to the first and second characteristic configurations, the compressed fluid is carbon dioxide, as described in claim 3 of the claims. is there.
[0015]
That is, according to the compressor having the third characteristic configuration, even if the compressor is configured to compress carbon dioxide as the fluid to be compressed, the carbon dioxide is supplied to the outside of the main body along the drive shaft by the sealing fluid supply unit. Can be satisfactorily suppressed, and the discharge pressure can be set very high.
[0016]
In order to achieve this object, the characteristic structure of the compression heat pump system according to the present invention is a compressor for compressing a working medium in a compression heat pump as the fluid to be compressed, as described in claim 4 of the claims. Another aspect of the present invention is to provide a compressor having the first to third characteristic configurations.
[0017]
That is, according to the compression heat pump system having the above-described configuration, even if a natural working medium such as carbon dioxide, which needs to be compressed to a very high pressure, is used, the sealed fluid supply means of the compressor can cover the inside of the compressor body. It is possible to realize a compression heat pump system capable of favorably suppressing the natural working medium, which is a compressed fluid, from flowing out of the main body.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As is well known, the compression heat pump system 100 shown in FIG. 1 is configured such that the working medium X circulates through the compressors 2, 20, the radiator 3, the expansion valve 4, and the heat absorber 5 in the stated order. , The working medium X absorbs heat, and the working medium X radiates heat in the radiator 3.
[0019]
Here, the heat absorption target in the heat absorber 5 is assumed to be the atmosphere, and a gas-liquid heat exchanger is adopted as the heat absorber 5. The heating target of the radiator 3 is hot water for hot water supply, and the radiator 3 employs a liquid-liquid heat exchanger.
[0020]
The working medium X is carbon dioxide as a natural working medium.
A state of each device will be described. In a working medium flow path 7 composed of a pipe connected from the heat absorber 5 to the compressors 2 and 20, a working medium X having a temperature of about 4 ° C. and a pressure of about 4 MPa flows. Then, in the working medium flow path 8 composed of a tube connected from the compressors 2 and 20 to the radiator 3, the working medium X having a temperature of about 80 ° C. and a pressure of about 9.0 to 10 MPa flows, and the heat is radiated. A working medium X having a temperature of about 4 ° C. and a pressure of about 9.0 to 10 MPa flows through a working medium flow path 9 composed of a pipe connected from the vessel 3 to the expansion valve 4, and receives heat from the expansion valve 4. The working pressure of the compressors 2 and 20 (the working medium X) is set so that the working medium X having a temperature of about 4 ° C. and a pressure of about 4 MPa flows through the working medium flow path 10 composed of a tube connected to the vessel 5. Discharge pressure ) And the set differential pressure or the like of the expansion valve 4 is set.
[0021]
(First embodiment)
Next, the configuration of the compressor 2 of the first embodiment provided in the compression heat pump system 100 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
The compressor 2 of the first embodiment converts the working medium X, which is carbon dioxide, supplied from the working medium flow path 7 to the compression chamber 26 by the rotation of the compression rotor 25 accommodated in the compression chamber 26 in the main body 23. It is configured as a vane rotary compressor that compresses as a fluid to be compressed and discharges it to the working medium flow path 8 side.
[0022]
One end of the drive shaft 21 of the compression rotator 25 is exposed outside the main body 23 as a connection portion 22 connected via a belt 12 to a connection portion 52 of a drive shaft 51 of an engine 50 as an external rotation drive source. The drive shaft 21 of the compressor 2 is rotationally driven by the driving force of an engine 50 installed outside.
[0023]
Further, in a cylindrical shaft space 29 between the drive shaft 21 of the compressor 2 and the main body 23, a first shaft seal portion S1 and a second shaft seal portion S2 are provided along the drive shaft 21 for the compression rotation. They are arranged side by side in the order described from the child 25 side to the connecting portion 22.
[0024]
Each of the first shaft seal portion S1 and the second shaft seal portion S2 includes a seal ring 31, 35 inserted in the shaft space 29 slidably along the axial direction of the drive shaft 2, and a drive shaft 21. The fixing rings 32 and 36 are fixedly mounted and driven to rotate together with the drive shaft 21 to slidably contact the seal end surfaces 31 a and 35 a of the seal rings 31 and 35, and the seal rings 31 and 35 are connected to the main ring 32 and 36. Are configured as known mechanical seals provided with springs 30 and 34 for urging the springs.
[0025]
The cylindrical shaft space 29 between the drive shaft 21 of the compressor 2 and the main body 23 is provided with the first shaft seal portion S1 and the second shaft seal portion S2 as described above, so that The first space 27 extends from the seal end surface 31a of the first shaft seal portion S1 to the seal end surface 31a of the single shaft seal portion S1, and the second space 28 extends from the seal end surface 31a of the first shaft seal portion S1 to the seal end surface 35a of the second shaft seal portion S2. Will be.
[0026]
The working medium X compressed in the compression chamber 26 flows out into the first space 27 via a bearing or the like, and the pressure in the first space 27 is, for example, about 9.0 to 10 MPa. It is considered that the working medium X becomes pressure, and there is a possibility that the working medium X flows out to the outside (atmosphere) through the second space 28 as it is.
[0027]
Therefore, unlike the working medium X, the compressor 2 includes a tank 40 for storing a sealed fluid Y such as air or nitrogen which has no problem even if it leaks to the atmosphere in a high pressure state. The sealing fluid Y is supplied to the second space 28 as the sealing fluid space via the sealing fluid flow path 38 formed of a tube material, and the pressure in the second space 28 is reduced to the discharge pressure of the working medium X. That is, the pressure of the sealing fluid Y supplied from the tank 40 to the second space 28 is adjusted so that the pressure is lower than the pressure in the first space 27 and is a pressure outside the main body 23, that is, higher than the atmospheric pressure. And a pressure regulating valve 39 that performs the operation.
[0028]
That is, the tank 40, the sealing fluid channel 38, and the pressure regulating valve 39 supply the sealing fluid Y to the second space 28 as the sealing fluid space, and set the pressure of the second space 28 to the set pressure. It functions as a sealing fluid supply unit A to be used.
[0029]
By providing the sealing fluid supply means A, the first shaft seal portion S1 is configured such that the working medium X in the first space 27, which is the discharge pressure, is lower than the discharge pressure and the external pressure such as the atmospheric pressure. It is sufficient that the mechanical seal is of such a degree as to suppress the outflow into the second space 28 having a higher set pressure. Further, the second shaft seal portion S2 may be a mechanical seal that prevents the sealing fluid Y in the second space 28 at the set pressure from flowing out of the main body 23 at an atmospheric pressure lower than the set pressure. Just fine. Therefore, under the pressure difference between the operating pressure of the compressor 2 and the atmospheric pressure outside the main body 23, the flow of the working medium X and the sealing fluid Y is suppressed. Even if the discharge pressure of the working medium X is extremely high, for example, about 9.0 to 10 MPa, the above-described differential pressure is small in each of the shaft seal portions S1 and S2, the operation is not performed. Outflow of the medium X and the sealing fluid Y can be sufficiently suppressed.
[0030]
Further, since the sealing fluid Y is air, nitrogen, or the like, there is no problem even if a small amount flows out of the second space 28 to the atmosphere via the second shaft seal portion S2. Therefore, the set pressure which is the pressure in the second space 28 is different from the operating pressure so that the outflow of the working medium X from the first space 27 to the second space 28 in the first shaft seal portion S1 can be satisfactorily prevented. It is preferable that the pressure is set higher so that the pressure difference becomes smaller.
[0031]
In the present embodiment, when the compressor 2 is stopped, the pressure regulating valve 39 is forcibly closed in order to reduce the pressure in the second space 28 from the set pressure to about the atmospheric pressure. Preferably, the supply of the sealing fluid Y to the space 28 is stopped.
[0032]
(Second embodiment)
Next, a configuration of the compressor 20 of the second embodiment provided in the compression heat pump system 100 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
In the compressor 20 of the second embodiment, the same components as those of the compressor 2 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted, but the same vane rotary as the compressor 2 of the first embodiment is omitted. The driving shaft 21 of the compressor 2 is driven to rotate by the driving force of the engine 50.
[0033]
Further, in a cylindrical shaft space 29 between the drive shaft 21 of the compressor 20 and the main body 23, a first shaft seal portion S1 and a second shaft seal portion S2 are provided along the drive shaft 21 to perform the compression rotation. The first shaft seal portion S1 and the second shaft seal portion S2 are arranged as mechanical seals in the stated order from the child 25 side to the connection portion 22.
[0034]
The cylindrical shaft space 29 between the drive shaft 21 of the compressor 20 and the main body 23 is provided with the first shaft seal portion S1 and the second shaft seal portion S2 as described above, thereby forming the first space 27 and the second shaft seal portion S2. It is divided into two spaces 28.
[0035]
The compressor 20 of the present embodiment is built in the main body 23, takes in the air as the sealing fluid Y from outside the main body 23 through the sealing fluid flow path 41, compresses the taken-in sealing fluid Y, and then seals the air. Compressing means B for supplying to the second space 28 as a sealing fluid space via the stop fluid flow path 44, and the pressure on the second space 28 side is set so that the pressure in the second space 28 becomes the above-mentioned set pressure. A pressure regulating valve for opening the valve when the pressure becomes higher and discharging the sealing fluid Y from the second space to the outside of the main body via the sealing fluid flow path; Then, the compression means B, the sealing fluid passages 41, 44, 45 and the pressure regulating valve 46 supply the sealing fluid Y to the second space 28 as the sealing fluid space and reduce the pressure of the second space 28. It functions as the sealing fluid supply means A for setting the above set pressure.
[0036]
The compression means B is driven by the rotation of a compression rotator 42 housed in a compression chamber 43 in the main body 23 and connected to the drive shaft 21. The second space is configured as a vane rotary compressor that compresses a certain sealing fluid Y and discharges the sealing fluid Y to the sealing fluid channel 44 side, and utilizes a part of the rotational driving force of the engine 50 transmitted to the drive shaft 21. It is configured to compress the sealing fluid Y supplied to 28.
[0037]
By providing the compression means B as described above, it is not necessary to provide the tank 40 for accumulating and storing the sealing fluid Y as in the first embodiment, and replenish the sealing fluid Y at the set pressure. Time can be saved.
Moreover, since the sealing fluid Y supplied to the second space 28 is compressed by using a part of the rotational driving force of the engine 50 by such a compression means B, when the engine 50 and the compressor 20 are stopped, The pressure in the two spaces 28 can be reduced from the set pressure.
In the present embodiment, the compression means B is built in the main body 23. However, the compression means B is separately provided outside the main body 23 and is connected to the drive shaft 51 of the engine 50 via a belt or the like and driven. May be configured.
[0038]
[Another embodiment]
In the first and second embodiments, in order to set the pressure in the second space 28 to the set pressure, the pressure control valve 39 is opened and closed by pressure fluctuations in the flow path and sets the pressure in the flow path to the set pressure. Although the control valve 46 is used, a control valve that can be opened and closed by a control signal from a control device or the like is provided instead of the pressure adjusting valves 39 and 46, and control is performed based on a detection result of a pressure sensor that detects the pressure in the second space 28. The pressure of the second space 28 may be set to the set pressure by feedback-controlling the valve.
[0039]
In the above embodiment, the working medium X is carbon dioxide. However, the working medium used in the present invention may be any working medium used in a normal heat pump system. Further, as the working medium X, ethane, Xenon, nitrous oxide and the like can also be used.
[0040]
In the above embodiment, the compressors 2 and 20 are so-called single-stage compressors that compress the working medium X in one compression chamber 26. However, the compressors 2 and 20 compress the working medium X in a plurality of compression chambers. It may be configured as a multi-stage compressor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a compression heat pump. FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a compressor of a first embodiment. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a compressor of a second embodiment.
2, 20: compressor 3: radiator 4: expansion valve 5: heat absorber 7, 8, 9, 10: working medium flow path 21: drive shaft 22: connecting part 23: body 25: compression rotor 26: compression chamber 27 : First space 28: Second space (sealed fluid space)
29: Shaft space 38: Sealing fluid channel 39: Pressure regulating valve 40: Tanks 41, 44, 45: Sealing fluid channel 42: Compression rotor 43: Compression chamber 46: Pressure regulating valve 50: Engine 100: Compression Heat pump system A: sealing fluid supply means B: compression means S1: first shaft seal portion S2: second shaft seal portion X: working medium Y: sealing fluid

Claims (4)

本体内に収容された圧縮回転子の回転駆動により被圧縮流体を圧縮可能に構成され、前記圧縮回転子の駆動軸の一端部が外部回転駆動源に連結される連結部として前記本体外に露出されているコンプレッサであって、
前記駆動軸と前記本体との間の軸空間に複数の軸シール部を前記駆動軸に沿って並設すると共に、
前記軸空間の前記複数の軸シール部の間に形成された封止流体空間に封止流体を供給すると共に、前記封止流体空間の圧力を前記被圧縮流体の吐出圧力より低く且つ前記本体外の圧力より高い設定圧力に設定する封止流体供給手段を備えたコンプレッサ。
A fluid to be compressed is configured to be compressible by rotational driving of a compression rotor housed in the main body, and one end of a drive shaft of the compression rotor is exposed outside the main body as a connection portion connected to an external rotation drive source. The compressor being
A plurality of shaft seal portions are arranged in a shaft space between the drive shaft and the main body along the drive shaft, and
A sealing fluid is supplied to a sealing fluid space formed between the plurality of shaft seal portions of the shaft space, and a pressure of the sealing fluid space is lower than a discharge pressure of the fluid to be compressed and outside the main body. A compressor provided with a sealing fluid supply means for setting a set pressure higher than the pressure of the compressor.
前記封止流体供給手段が、前記外部回転駆動源の回転駆動力の一部を利用して、前記封止流体空間に供給される前記封止流体を圧縮する圧縮手段を備えて構成されている請求項1に記載のコンプレッサ。The sealing fluid supply unit includes a compression unit that compresses the sealing fluid supplied to the sealing fluid space by using a part of the rotation driving force of the external rotation driving source. The compressor according to claim 1. 前記被圧縮流体が二酸化炭素である請求項1又は2に記載のコンプレッサ。3. The compressor according to claim 1, wherein the fluid to be compressed is carbon dioxide. 圧縮式ヒートポンプにおける作動媒体を前記被圧縮流体として圧縮するコンプレッサとして、請求項1から3の何れか1項のコンプレッサを備えた圧縮式ヒートポンプシステム。A compression heat pump system comprising the compressor according to any one of claims 1 to 3, as a compressor for compressing a working medium in the compression heat pump as the fluid to be compressed.
JP2002331055A 2002-11-14 2002-11-14 Compressor and compression heat pump system having the same Pending JP2004162645A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002331055A JP2004162645A (en) 2002-11-14 2002-11-14 Compressor and compression heat pump system having the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002331055A JP2004162645A (en) 2002-11-14 2002-11-14 Compressor and compression heat pump system having the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004162645A true JP2004162645A (en) 2004-06-10

Family

ID=32808551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002331055A Pending JP2004162645A (en) 2002-11-14 2002-11-14 Compressor and compression heat pump system having the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004162645A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006226655A (en) * 2005-02-21 2006-08-31 Osaka Gas Co Ltd Compression type heat pump system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006226655A (en) * 2005-02-21 2006-08-31 Osaka Gas Co Ltd Compression type heat pump system
JP4624128B2 (en) * 2005-02-21 2011-02-02 大阪瓦斯株式会社 Compression heat pump system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0579374B1 (en) Scroll compressor with liquid injection
TWI323774B (en) Refrigeration circuit system
JP2008506885A (en) Refrigeration system and refrigeration method
JP2008101837A (en) Refrigerating cycle device and its control method
ES2693240T3 (en) Cooling cycle device
JP2007332819A (en) Displacement fluid machine
US20200291943A1 (en) Climate-Control System Having Valve Assembly
JP2004137979A (en) Expansion machine
EP1059448B1 (en) Scroll compressor
JP4070583B2 (en) Compression heat pump system
JP2004162645A (en) Compressor and compression heat pump system having the same
US6287097B1 (en) Scroll compressor having discharge port formed only in end plate of fixed scroll, and discharge valve attached to the end plate
US9121278B2 (en) Positive displacement expander and refrigeration cycle apparatus including positive displacement expander
JPH0337391A (en) Rotary compressor
JP2002242858A (en) Scroll compressor
JP2007010257A (en) Heat pump device
CN209743154U (en) Electric compressor device
JP7096961B2 (en) Waste heat recovery system and compound scroll fluid machine used for it
JP2009133319A (en) Displacement type expansion machine and fluid machine
JP2007198681A (en) Heat pump device
US7341439B2 (en) Scroll fluid machine having an adiabatic expansion chamber
JP2004026985A (en) Cooling medium for cooling medium cycling apparatus and cooling medium cycling apparatus using the same
JP2007010287A (en) Heat pump device
JP2002242859A (en) Scroll compressor
JPH07332263A (en) Oilless scroll type vacuum pump

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20041207

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20071115

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20071116

A02 Decision of refusal

Effective date: 20080306

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02