JP2006138557A - ターボ式空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 オイルクーラを使用しないで潤滑油の温度調節を行うことができ、かつ潤滑油回収手段に自由度を持たせたターボ式空調装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 ターボ圧縮機９から送出された冷媒が循環する冷媒流路１９と、冷媒流路１９に設けられた凝縮器１３と、蒸発器１７と、内部が低圧に維持されるとともにオイルヒータ３７を備え、潤滑油循環ライン２９中に設けられた潤滑油を貯留する油タンク３１と、油タンク３１と冷媒流路１９の高圧部とを接続し、中途に配置されるエダクタ４１に吸引力を与える油回収駆動ライン３９と、潤滑油と液状冷媒とが含まれる冷媒流路１９からエダクタ４１の吸入側に接続される被回収ライン４３と、油タンク３１内の潤滑油温度を計測する温度計３５と、油回収駆動ライン３９のエダクタ４１上流側に設けられ、温度計３５の計測結果に応じて開閉量が調整される流量調節弁４５と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ターボ圧縮機を備えたターボ式空調装置に関するものである。

従来から、ターボ式空調装置は、ビルの空調設備や各種工業プロセス等に幅広く適用されている。
このようなターボ式空調装置には、ターボ圧縮機の軸受やギア等を潤滑する潤滑油として、冷媒に溶ける性質のものが使用されている。このため、ターボ圧縮機等から洩れた潤滑油は、冷媒に溶けて冷媒流路を運ばれることになるので、冷媒流路から回収して活用する必要がある。
また、ターボ式空調装置のような大型の機械では、潤滑油は潤滑とともに軸受やギア等で生じる機械損失に伴う発熱を伴う。このため、潤滑油は温度が上昇するため、冷却する必要がある。
これらの潤滑油の回収および冷却を行うものとして、例えば特許文献１に示されるものがある。
これは、油タンク内の圧力が凝縮器の内部の圧力よりも低いことを利用し、両者を接続する配管中にエダクタを設け、該配管中を凝縮器から油タンクに向かう高圧のガス流を形成する。このガス流によりエダクタに静圧落差を形成して蒸発器の内部から潤滑油を吸引して油タンクに回収するものである。
なお、この回収動作は常時行うものではなく、油タンクの油面が所定位置まで低下した時点で動作させて油戻しを開始するとともに、油面が所定の位置まで回復した時点で止める。
そして、潤滑油は、油タンクから油ポンプでオイルクーラに供給され、オイルクーラで冷却してターボ圧縮機等に供給される。潤滑油は潤滑した後大部分は油タンクに戻るようになっている。

特開平１０−３００２９０号公報（段落［０００２］〜［００２１］，及び図１〜図３）

しかしながら、特許文献１に示されるものは、潤滑により加温された潤滑油を冷却するために高価なオイルクーラを使用しているので、装置製造コストが増加するという問題があった。
また、潤滑油は満液式の蒸発器でないと効果的な回収が行われず、設計上の自由度が限定されるという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、オイルクーラを使用しないで潤滑油の温度調節を行うことができ、かつ潤滑油回収手段に自由度を持たせたターボ式空調装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるターボ式空調装置は、ターボ圧縮機から送出された冷媒が循環する冷媒流路と、該冷媒流路に設けられ、運転時に前記冷媒を凝縮させる第一の熱交換器と、前記冷媒流路に設けられ、運転時に凝縮された冷媒を蒸発させる第二の熱交換器と、内部が低圧に維持されるとともに加熱手段を備え、潤滑油循環ライン中に設けられた潤滑油を貯留する油タンクと、該油タンクと前記冷媒流路の高圧部とを接続し、中途に配置されるエダクタに吸引力を与える油回収駆動ラインと、潤滑油と液状冷媒とが含まれる前記冷媒流路から前記エダクタの吸入側に接続される被回収ラインと、前記油タンク内の潤滑油温度を計測する温度計測手段と、前記油回収駆動ラインの前記エダクタ上流側に設けられ、前記温度計測手段の計測結果に応じて開閉量が調整される流量調節弁と、を備えたことを特徴とする。

潤滑油は潤滑油循環ラインにより油タンクからターボ圧縮機等の所要箇所に供給され、潤滑した後、油タンクに回収される。この時、潤滑油はターボ圧縮機等から熱量を与えられ温度が上昇している。また、ターボ圧縮機等から洩れた潤滑油が冷媒に混入し、冷媒とともに冷媒流路を流れることになる。潤滑油が蓄積されて冷媒中の潤滑油量が多くなると、空調効率が低下するので、油回収駆動ラインを開放して冷媒流路の高圧部から低圧の油タンクへ冷媒を流すことによりエダクタに吸引力を与える。その後、被回収ラインを開放して、エダクタの吸引力により潤滑油が含まれる冷媒流路から潤滑油を吸引して油タンクに回収する。
本発明によれば、被回収ラインは液状冷媒が存在する冷媒流路に接続されているので、潤滑油とともに液状冷媒が油タンクに回収されることになる。このように、液状冷媒が回収されると、この液状冷媒が蒸発する時に蒸発潜熱分だけ熱を吸収するので、油タンク内に貯留された加温された潤滑油を冷却することができる。

また、油回収駆動ラインに流量調節弁が設けられているので、油回収駆動ラインを流れる流体の量を調節することができる。このため、油回収駆動ラインを流れる流体の量は、エダクタにおける被回収ラインに作用する吸引力に比例するので、被回収ラインから回収される液状冷媒の量を調節することができ、油タンクにおける潤滑油の冷却程度を調節することができる。
そして、温度計測手段により油タンク内の潤滑油の温度を計測し、潤滑油の温度が所定値になるために必要な量の液状冷媒を回収するように流量調節弁を開閉する。一方、潤滑油の温度が所定値より大きく降下した場合には、加熱手段により潤滑油を加熱して温度を上昇させる。
このように、温度計測手段、流量調節弁および加熱手段により、油タンク内の潤滑油の温度を所定値に維持できるので、従来必要であった高価なオイルクーラを設置する必要が無くなり、ターボ式空調装置を安価に製造できる。

また、本発明にかかるターボ式空調装置では、前記第二の熱交換器は満液式とされ、前記被回収ラインは、前記第二の熱交換器に接続されていることを特徴とする。

第二の熱交換器は満液式とされているので、充満された冷媒の中に外部との熱の授受を行うための外部冷媒の配管が挿通されることになる。冷房時、第二の熱交換器では液状冷媒が蒸発してガス状冷媒となるが、潤滑油は蒸発しないので、第二の熱交換器に残留する。そして、潤滑油の比重は液状冷媒よりも小さいので、第二の熱交換器中の液状冷媒にはその最上層に潤滑油の密度が高い層が形成されることになる。
そして、被回収ラインは、第二の熱交換器に接続されているので、この液状冷媒の上層部を回収することにより、潤滑油と液状冷媒とを同時に効率的に回収できる。

また、本発明にかかるターボ式空調装置では、前記高圧部は、前記ターボ圧縮機からの出口部分に設けられたミストセパレータとされていることを特徴とする。

このように、高圧部は、ターボ圧縮機からの出口部分に設けられたミストセパレータとされているので、ターボ圧縮機を出た直後の高圧となるガス状冷媒がエダクタを駆動することになる。このため、エダクタを駆動する差圧が大きくなるので、エダクタの駆動効率を向上できる。

また、本発明にかかるターボ式空調装置では、前記高圧部は、前記ミストセパレータの油回収部とされていることを特徴とする。

このように、高圧部は、ミストセパレータの油回収部とされているので、油回収部に回収された潤滑油が、油回収駆動ラインによりガス状冷媒を含んで低圧の油タンクへ向けて流れることになる。このため、被回収ラインからの潤滑油回収に加えてミストセパレータからも潤滑油が回収できるので、潤滑油の回収効率を向上できる。
また、ミストセパレータの油回収部から油回収駆動ライン経由で潤滑油を油タンクに回収しているので、通常設けられているミストセパレータから油タンクへ向かう油回収ラインを別途設置する必要がなくなる。このため、高圧側と低圧側を接続するライン数を増加させる必要がないので、圧力損失の増加による効率の低減を防止できる。
さらに、油回収駆動ラインにより潤滑油が回収されるので、被回収ラインが接続される冷媒流路は潤滑油を豊富に含むところである必要はない。このため、被回収ラインが接続される冷媒流路の位置は、その選択範囲が拡大するので、設計の自由度を拡大できる。

また、本発明にかかるターボ式空調装置では、前記被回収ラインは、それぞれ選択的に接続される複数ラインで構成されていることを特徴とする。

このように、被回収ラインは、それぞれ選択的に接続される複数ラインで構成されているので、冷媒流路において液状冷媒が存在する位置が異なる冷房運転時と暖房運転時とで液状冷媒を得られる最適な位置に接続された被回収ラインを選択できる。したがって、冷房および暖房運転を行うターボ式空調装置でも、効果的に潤滑油を回収できる。

請求項１に記載の発明によれば、被回収ラインは液状冷媒が存在する冷媒流路に接続されているので、油タンク内に貯留された加温された潤滑油を冷却することができる。
また、油回収駆動ラインに流量調節弁が設けられているので、油タンクにおける潤滑油の冷却程度を調節することができる。
そして、温度計測手段、流量調節弁および加熱手段により、油タンク内の潤滑油の温度を所定値に維持できるので、従来必要であった高価なオイルクーラを設置する必要が無くなり、ターボ式空調装置を安価に製造できる。

請求項２に記載の発明によれば、潤滑油と液状冷媒とを同時に効率的に回収できる。

請求項３に記載の発明によれば、高圧部は、ターボ圧縮機からの出口部分に設けられたミストセパレータとされているので、エダクタの駆動効率を向上できる。

請求項４に記載の発明によれば、高圧部は、ミストセパレータの油回収部とされているので、潤滑油の回収効率を向上できる。
また、通常設けられているミストセパレータから油タンクへ向かう油回収ラインを別途設置する必要がなくなるので、圧力損失の増加による効率の低減を防止できる。
さらに、油回収駆動ラインにより潤滑油が回収されるので、被回収ラインが接続される冷媒流路の位置は、その選択範囲が拡大し、設計の自由度を拡大できる。

請求項５に記載の発明によれば、被回収ラインは、それぞれ選択的に接続される複数ラインで構成されているので、冷房および暖房運転を行うターボ式空調装置でも、効果的に潤滑油を回収できる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について、図１および図２を用いて説明する。
本実施形態は冷房運転のみを行うターボ式空調装置１に本発明を適用したものである。
図１は、本実施形態にかかるターボ式空調装置１の系統図である。
ターボ式空調装置１には、冷凍系統３と、潤滑油系統５と、潤滑油回収系統７とが備えられている。

冷凍系統３には、ターボ圧縮機９と、ターボ圧縮機９を駆動するモータ１１と、ターボ圧縮機９からの高温高圧のガス状冷媒を凝縮する凝縮器（第一の熱交換器）１３と、凝縮器１３において液化された冷媒を導入する中間冷却器１５と、中間冷却器１５からの液状冷媒を蒸発させる蒸発器（第二の熱交換器）１７とが備えられている。
これらターボ圧縮機９、凝縮器１３、中間冷却器１５および蒸発器１７は、冷媒流路１９で接続されている。なお、冷媒流路１９の内、点線がガス状冷媒の配管、実線が液状冷媒の配管を示している。

ターボ圧縮機９は、モータ１１で回転駆動される２段の羽根車を備えており、吸入されたガス状冷媒を昇圧して高温高圧のガス状冷媒として凝縮器１３へ吐出するものである。
凝縮器１３は、満液式と称されるものであり、冷却塔等から配管２１を介して循環供給される冷却水が流通する伝熱管（図示せず）を有している。ターボ圧縮機９によって圧縮されたガス状冷媒は、凝縮器１３の内部で伝熱管を流通する冷却水によって冷却されて凝縮液化される。

凝縮器１３の下部に接続された冷媒流路１９は、第一膨張弁２３を介して中間冷却器１５に接続されている。この中間冷却器１５は、第二膨張弁２５を介して蒸発器１７の冷媒入口に接続されている。これにより、第一膨張弁２３を流通して膨張した液状冷媒は、中間冷却器１５にて一部蒸発されてその蒸発潜熱によって冷却された後、第二膨張弁２５でさらに膨張されて蒸発器１７内に導入される。なお、中間冷却器１５で蒸発したガス状冷媒は、ターボ圧縮機９の中間部分に戻される。

蒸発器１７は、満液式と称されるものである。蒸発器１７の内部には、配管２７に接続された伝熱管（図示せず）が配置されており、伝熱管の内部には、配管２７を介して冷水が流通させられている。これにより、蒸発器１７の内部に導入された液状冷媒は、伝熱管の内部を流通する冷水等から熱（潜熱）を奪って蒸発し、冷水等は所定温度に冷却される。蒸発器１７の内部で発生したガス状冷媒は、冷媒出口を介してターボ圧縮機９によって吸い出される。そして、ターボ圧縮機９に戻された冷媒は、再度、冷媒流路１９を循環することになる。

潤滑油系統５には、潤滑油循環ライン２９と、油タンク３１と、油ポンプ３３とが備えられている。
潤滑油循環ライン２９は、潤滑油を潤滑対象であるターボ圧縮機９の回転軸の軸受、モータ１１の回転軸の軸受及び増速歯車等へ供給し、それら潤滑対象から戻る潤滑油を油タンク３１に回収する配管である。図１において、潤滑油循環ライン２９は一点鎖線で示されている。

油タンク３１は、ターボ圧縮機９とは独立して設けられた潤滑油を貯留する容器である。なお、油タンク３１には、ターボ圧縮機９のケーシングに内蔵される形式のものもある。
油ポンプ３１には、内部に貯留された潤滑油の温度を計測する温度計（温度測定手段）３５と、潤滑油を加熱するオイルヒータ（加熱手段）３７とが備えられている。
油タンク３１は、均圧管３８によって蒸発器１７と連通されている。これにより、油タンク３１の内部は、冷凍系統３の中では低圧である蒸発器１７と同等の低圧に維持されることになる。
油ポンプ３３は、油タンク３１に内蔵されており、油タンク３１内の潤滑油を潤滑油循環ライン２９経由で潤滑対象に供給するものである。

潤滑油回収系統７には、油回収駆動ライン３９と、エダクタ４１と、被回収ライン４３と、流量調節弁４５とが備えられている。
油回収駆動ライン３９は、冷凍系統３の中では高圧である凝縮器１３と油タンク３１とを連通する配管である。油回収駆動ライン３９では、凝縮器１３と油タンク３１との静圧差圧により、凝縮器１３のガス状冷媒が油タンク３１へ向かって流れることになる。

エダクタ４１は、油回収駆動ライン３９の中途に設けられた流体ポンプである。
図２によりエダクタ４１の構造を説明する。エダクタ４１は、本体４７と、オリフィス４９と、ノズル５１とで構成されている。
本体４７には、駆動流路５３と吸引流路（吸引部）５５とが相互に直交し、Ｔ字形状の流路を形成するように設けられている。駆動流路５３は、油回収駆動ライン３９の一部を構成している。駆動流路５３には、凝縮器１３側にオリフィス４９が、油タンク３１側にノズル５１が取り付けられている。

オリフィス４９のノズル５１側端部には、流速を早めて下流側の静圧を低下させる絞り５７が設けられている。
ノズル５１のオリフィス４９側端部には、上流側に向けて拡径する円錐台形状の受け部５９が、オリフィス４９の絞り５７部を覆うように設けられている。
ノズル５１の油タンク３１側には、下流側に向けて拡径する円錐台形状のノズル部６１が設けられている。ノズル部６１の拡がりは、等エントロピー膨張を行えるように決められている。
エダクタ４１は、駆動流路５３を流れるガス状冷媒により駆動されて、吸引流路５５に吸引力を作用する。

被回収ライン４３の一端は、エダクタ４１の吸引流路５５に接続され、他端は蒸発器１７の内部に接続されている。
被回収ライン４３の蒸発器１７への接続は、蒸発器１７に貯留される液状冷媒の上層部で、潤滑油と液状冷媒とを吸引できるように構成されている。
流量調節弁４５は、油回収駆動ライン３９のエダクタ４１よりも凝縮器１３側に設けられており、温度計３５で計測された潤滑油温度により開閉量が調整されるように制御されている。

以上説明した本実施形態にかかるターボ式空調装置１の運転について説明する。
まず、冷房運転について説明する。
ターボ圧縮機９をモータ１１によって駆動すると、吸引されたガス状冷媒はターボ圧縮機９で昇圧され高温高圧のガス状冷媒となって凝縮器１３へ吐出される。凝縮器１３では、このガス状冷媒は、配管２１を経由して供給され内部の伝熱管を流通する冷却水によって冷却されて凝縮液化され、液状冷媒とされる。
この液状冷媒は、第一膨張弁２３で膨張されて中間冷却器１５に流入する。中間冷却器１５にて、液状冷媒はその一部が蒸発されて冷却された後、第二膨張弁２５でさらに膨張されて蒸発器１７内に導入される。

蒸発器１７の内部に導入された液状冷媒は、伝熱管の内部を流通する冷水等から熱（潜熱）を奪って蒸発し、冷水等は所定温度に冷却される。この冷水は、配管２７を通って例えばビル内の冷房に利用される。
そして、蒸発器１７の内部で発生したガス状冷媒は、ターボ圧縮機９によって吸い出され、再び、冷媒流路１９を循環することになる。

次に、ターボ圧縮機９等から洩れて冷媒に混入した潤滑油の回収について説明する。
油タンク３１に貯留された潤滑油は油ポンプ３３によって潤滑対象であるターボ圧縮機９の回転軸の軸受、モータ１１の回転軸の軸受及び増速歯車等へ供給される。
この時、ターボ圧縮機９等から潤滑油が洩れて冷媒に混入し、冷媒流路１９を回流する。そして、潤滑油は冷媒流路１９の中で特に蒸発器１７の液状冷媒の上部に多く貯留される。すなわち、蒸発器１７では液状冷媒が蒸発してガス状冷媒となるが、潤滑油は蒸発しないので、蒸発器１７に残留する。そして、潤滑油の比重（例えば０．９８）は液状冷媒の比重（例えば１．１〜１．２）よりも小さいので、蒸発器１７内に貯留される液状冷媒の最上層に潤滑油の密度が高い層が形成されることになる。

油回収駆動ライン３９は、高圧の凝縮器１３と低圧の油タンク３１とを接続しているので、この静圧差圧によって凝縮器１３のガス状冷媒は油タンク３１へと流れる。この流れがエダクタ４１の駆動流路５３に入りオリフィス４９を通過する時、絞り５７のところで流路の断面積が縮小してガス状冷媒の流速が増大し、下流側であるノズル５１の受け部５９での静圧が低下する。このため、吸引流路５５内の流体に対して、静圧差による引込み力と流速増加に伴う巻込み力とで構成される吸引力が増加する。
吸引流路５５に接続された被回収ライン４３内にもこの吸引力が伝わるため、蒸発器１７内に貯留された潤滑油を多く含む液状冷媒が吸引されて被回収ライン４３および油回収駆動ライン３９を通って油タンク３１に回収される。

潤滑油循環ライン２９を通って潤滑対象箇所から油タンク３１に戻る潤滑油は、軸受やギア等で生じる機械損失に伴う発熱の除去を行うため温度が上昇している。
本実施形態にかかるターボ式空調装置１では、冷媒に混入した潤滑油が回収される際に液状冷媒が同時に回収される。このため、油タンク３１に回収された液状冷媒は、潤滑油から熱（潜熱）を奪って蒸発するので、潤滑油を冷却することができる。
なお、蒸発したガス状冷媒は、均圧管３８を通って蒸発器１７に戻される。

流量調節弁４５によって油回収駆動ライン３９を流れるガス状冷媒の流量を調節すると、エダクタ４１での被回収ライン４３に作用する吸引力の大きさを調整することができる。このように、被回収ライン４３に作用する吸引力の大きさを調整すると、蒸発器１７から油タンクに回収される液状冷媒の量が調整できるので、油タンクにおける潤滑油に対する冷却量を調整できる。

そして、温度計３５により油タンク３１内の潤滑油の温度を計測し、その計測された温度が所定温度より相当高い場合には、流量調節弁４５の開度を大きくし、それほど高くない場合には、流量調節弁４５の開度を小さくするように制御している。
一方、潤滑油の温度が、所定温度より相当低くなった場合には、オイルヒータ３７を投入して潤滑油を加熱して温度を上昇させるように制御している。

このように、本実施形態にかかる潤滑油回収系統７では、冷媒中に混入された潤滑油を油タンク３１に回収するとともに潤滑油の温度を所定温度に維持する機能を有しているので、潤滑油の温度を所定温度にするために潤滑油系統５に従来設けられていた高価なオイルクーラを設置することが不要となり、ターボ式空調装置１を安価に製造することができる。
なお、潤滑油の温度を調節するためには、流量調節弁４５は潤滑油温度が下がり過ぎの場合を除き、常時開放されていることになる。こうすることにより、潤滑油の回収率を向上させることができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図３および図４を用いて説明する。
本実施形態は冷房運転および暖房運転を行うターボ式空調装置１に本発明を適用したものである。
図３および図４は、本実施形態にかかるターボ式空調装置１の系統図であり、図３は冷房運転時を、図４は暖房時を示している。冷房運転時と暖房運転時とは、基本的に冷媒の流れる方向および一部位置が異なるだけであるので、図３を主体にして説明する。
なお、前述した第一実施形態と同一な部材には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。

ターボ式空調装置１には、空調系統４と、潤滑油系統５と、潤滑油回収系統７とが備えられている。
空調系統４には、ターボ圧縮機９と、ターボ圧縮機９を駆動するモータ１１と、ターボ圧縮機９からの高温高圧のガス状冷媒から潤滑油等のミストを分離するミストセパレータ７１と、冷房運転時にミストセパレータからの高温高圧のガス状冷媒を凝縮させる第一熱交換器（第一の熱交換器）７３と、第一熱交換器７３において液化された冷媒を導入する中間冷却器１５と、冷房運転時に中間冷却器１５からの液状冷媒を蒸発させる第二熱交換器（第二の熱交換器）７５と、冷媒タンク７７と、暖房運転時に蒸発器の機能を行う第三熱交換器７４と、が備えられている。

これらターボ圧縮機９、ミストセパレータ７１、第一熱交換器７３、中間冷却器１５、第二熱交換器７５、冷媒タンク７７および第三熱交換器７４は、冷媒流路１９で接続されている。なお、冷媒流路１９の内、点線がガス状冷媒の配管、実線が液状冷媒の配管を示している。
第一熱交換器７３は、冷房運転時に使用される空冷式の凝縮器である。折り曲げられて配置された冷媒流路１９を流れるガス状冷媒は、ファンからの送風によって冷却されて凝縮液化される。
第三熱交換器７４は、暖房運転時に使用される空冷式の蒸発器である。折り曲げられて配置された冷媒流路１９を流れる液状冷媒は、ファンによって送風される空気から熱（潜熱）を奪って蒸発してガス状冷媒となる。

第二熱交換器７５は、満液式と称されるものである。第二熱交換器７５の内部には、配管２７に接続された伝熱管（図示せず）が配置されており、伝熱管の内部には、配管２７を介して冷水が流通させられている。
第二熱交換器７５は、冷房運転時には蒸発器として機能するものであり、内部に導入された液状冷媒は、伝熱管の内部を流通する冷水等から熱（潜熱）を奪って蒸発し、冷水等は所定温度に冷却される。第二熱交換器７５の内部で発生したガス状冷媒は、冷媒出口を介してターボ圧縮機９によって吸い出される。
一方、暖房運転時には、第二熱交換器７５は凝縮器として機能し、ミストセパレータ７１から内部に導入されたガス状冷媒は、伝熱管の内部を流通する冷水等により冷却されて凝縮液化される。
冷媒タンク７７は、暖房運転時に余分な冷媒を貯留するものである。

潤滑油系統５には、潤滑油循環ライン２９と、油タンク３１と、油ポンプ３３とが備えられている。
油タンク３１は、均圧管７９によってターボ圧縮機９に吸入される前に位置する冷媒流路１９に連通されている。これにより、油タンク３１の内部は、空調系統４の中では低圧であるターボ圧縮機９の吸入ガス状冷媒と同等の低圧に維持されることになる。

潤滑油回収系統７について説明する。
油回収駆動ライン３９は、冷凍系統３の中では高圧であるミストセパレータ７１の油回収部と油タンク３１とを連通する配管である。油回収駆動ライン３９では、ミストセパレータ７１と油タンク３１との静圧差圧により、ミストセパレータ７１で分離された潤滑油を含むガス状冷媒が油タンク３１へ向かって流れることになる。
エダクタ４１の構造は、前述の第一実施形態のものと同様である。

第一被回収ライン（被回収ライン）８１の一端は、エダクタ４１の吸引流路５５に接続され、他端は第二熱交換器７５の内部に接続されている。
第一被回収ライン８１の第二熱交換器７５への接続は、冷房運転時に第二熱交換器７５に貯留される液状冷媒の上層部で、潤滑油と液状冷媒とを吸引できるように構成されている。第一被回収ライン８１には、第一切替弁８２が設けられている。
第二被回収ライン（被回収ライン）８３は、第一被回収ライン８１における第一切替弁８２とエダクタ４１との間に位置する位置Ａと、冷媒流路１９における第一膨張弁２３と第三熱交換器７４との間で第一膨張弁２３に近接して位置する位置Ｂとの間を接続して設けられている。第二被回収ライン８３には、第一切替弁８４が設けられている。

流量調節弁４５は、油回収駆動ライン３９のエダクタ４１よりもミストセパレータ７１側に設けられており、温度計３５で計測された潤滑油温度により開閉量が調整されるように制御されている。

以上説明した本実施形態にかかるターボ式空調装置１の運転について説明する。
まず、冷房運転について図３により説明する。
ターボ圧縮機９をモータ１１によって駆動すると、吸引されたガス状冷媒はターボ圧縮機９で昇圧され高温高圧のガス状冷媒となってミストセパレータで潤滑油等のミストが分離されて、第一熱交換器７３へ吐出される。第一熱交換器７３では、このガス状冷媒はファンで送風される空気によって冷却されて凝縮液化され、液状冷媒とされる。
この液状冷媒は、第一膨張弁２３で膨張されて中間冷却器１５に流入する。中間冷却器１５にて、液状冷媒はその一部が蒸発されて冷却された後、第二膨張弁２５でさらに膨張されて第二熱交換器７５内に導入される。

第二熱交換器７５の内部に導入された液状冷媒は、伝熱管の内部を流通する冷水等から熱（潜熱）を奪って蒸発し、冷水等は所定温度に冷却される。この冷水は、配管２７を通って例えばビル内の冷房に利用される。
そして、第二熱交換器７５の内部で発生したガス状冷媒は、ターボ圧縮機９によって吸い出され、再び、冷媒流路１９を循環することになる。

次に、暖房運転について図４により説明する。
ターボ圧縮機９をモータ１１によって駆動すると、吸引されたガス状冷媒はターボ圧縮機９で昇圧され高温高圧のガス状冷媒となってミストセパレータで潤滑油等のミストが分離されて、第二熱交換器７５へ吐出される。第二熱交換器７５では、このガス状冷媒は、配管２７を経由して供給され内部の伝熱管を流通する冷水によって冷却されて凝縮液化され、液状冷媒とされる。一方、冷水は加熱されて温水となり、ビル内の暖房等に利用される。
この液状冷媒は、第二膨張弁２５で膨張されて中間冷却器１５に流入する。中間冷却器１５にて、液状冷媒はその一部が蒸発されて冷却された後、第一膨張弁２３でさらに膨張されて第三熱交換器７４内に導入される。

第三熱交換器７４の内部に導入された液状冷媒は、ファンで送風される空気によって加熱されて蒸発し、ガス状冷媒となる。
そして、このガス状冷媒は、冷媒タンク７７を経由してターボ圧縮機９によって吸い出され、再び、冷媒流路１９を循環することになる。

以下、ターボ圧縮機９等から洩れて冷媒に混入した潤滑油の回収について説明する。
油回収駆動ライン３９は、高圧のミストセパレータ７１の油回収部と低圧の油タンク３１とを接続しているので、この静圧差圧によってミストセパレータ７１から分離された潤滑油を含むガス状冷媒が油タンク３１へと流れる。この流れがエダクタ４１の駆動流路５３に入りオリフィス４９を通過する時、絞り５７のところで流路の断面積が縮小してガス状冷媒の流速が増大し、下流側であるノズル５１の受け部５９での静圧が低下する。このため、吸引流路５５内の流体に対して、静圧差による引込み力と流速増加に伴う巻込み力とで構成される吸引力が増加する。

このように、油回収駆動ライン３９の高圧側は、ターボ圧縮機９の出口直後に設けられたミストセパレータ７１であるので、エダクタ４１を駆動する静圧落差が大きくなり、エダクタ４１の駆動効率を向上させることができる。

冷房運転時には、第二熱交換器７５は蒸発器として機能するので、第二熱交換器７５内に貯留される液状冷媒の最上層に潤滑油の密度が高い層が形成されることになる。
そこで、第二切替弁８４を閉じて、第一切替弁８２を開いて第一被回収ライン８１が連通するようにすると、エダクタ４１の吸引力が第一被回収ライン８１内に伝わり、第二熱交換器７５内に貯留された潤滑油を多く含む液状冷媒が吸引されて第一被回収ライン８１および油回収駆動ライン３９を通って油タンク３１に回収される。

暖房運転時には、第二熱交換器７５は凝縮器として機能するので、液状冷媒および潤滑油を回収するのに適当とはいえない。
そこで、第一切替弁８２を閉じて、第二切替弁８４を開いて第二被回収ライン８３が連通するようにすると、エダクタ４１の吸引力が第二被回収ライン８３内に伝わり、中間冷却器から流れ出る潤滑油を含む液状冷媒が吸引されて第二被回収ライン８３および油回収駆動ライン３９を通って油タンク３１に回収される。

本実施形態では、エダクタ４１の駆動する高圧部はミストセパレータ７１の油回収部としているので、ミストセパレータ７１で回収された潤滑油が油タンク３１へ流れ込むことになる。したがって、潤滑油は第一被回収ライン８１あるいは第二回収ライン８３からの回収に加えて、ミストセパレータ７１からも回収できるので、潤滑油の回収効率を向上できる。

また、ミストセパレータ７１の油回収部から油回収駆動ライン３９経由で潤滑油を油タンク３１に回収しているので、通常設けられているミストセパレータ７１から油タンク３１へ向かう油回収ラインを別途設置する必要がなくなる。このため、高圧側と低圧側を接続するライン数を増加させる必要がないので、圧力損失の増加による効率の低減を防止できる。

さらに、油回収駆動ライン３９により潤滑油が回収されるので、第一被回収ライン８１あるいは第二被回収ライン８３が接続される冷媒流路１９は液状冷媒を含むところであればよく潤滑油を豊富に含むところである必要はない。このため、第一被回収ライン８１あるいは第二被回収ライン８３が接続される冷媒流路１９の位置は、その選択範囲が拡大するので、設計の自由度を拡大できる。

ところで、潤滑油循環ライン２９を通って潤滑対象箇所から油タンク３１に戻る潤滑油は、軸受やギア等で生じる機械損失に伴う発熱の除去を行うため温度が上昇している。
本実施形態にかかるターボ式空調装置１では、冷媒に混入した潤滑油が回収される際に液状冷媒が同時に回収される。このため、油タンク３１に回収された液状冷媒は、潤滑油から熱（潜熱）を奪って蒸発するので、潤滑油を冷却することができる。
なお、蒸発したガス状冷媒は、均圧管３８を通ってターボ圧縮機９の吸入側に戻される。

流量調節弁４５によって油回収駆動ライン３９を流れるガス状冷媒の流量を調節すると、エダクタ４１での第一被回収ライン８１あるいは第二被回収ライン８３に作用する吸引力の大きさを調整することができる。このように、第一被回収ライン８１あるいは第二被回収ライン８３に作用する吸引力の大きさを調整すると、第二熱交換器７５あるいは位置Ｂから油タンクに回収される液状冷媒の量が調整できるので、油タンクにおける潤滑油に対する冷却量を調整できる。

そして、温度計３５により油タンク３１内の潤滑油の温度を計測し、その計測された温度が所定温度より相当高い場合には、流量調節弁４５の開度を大きくし、それほど高くない場合には、流量調節弁４５の開度を小さくするように制御している。
一方、潤滑油の温度が、所定温度より相当低くなった場合には、オイルヒータ３７を投入して潤滑油を加熱して温度を上昇させるように制御している。

このように、本実施形態にかかる潤滑油回収系統７では、冷媒中に混入された潤滑油を油タンク３１に回収するとともに潤滑油の温度を所定温度に維持する機能を有しているので、潤滑油の温度を所定温度にするために潤滑油系統５に従来設けられていた高価なオイルクーラを設置することが不要となり、ターボ式空調装置１を安価に製造することができる。
なお、潤滑油の温度を調節するためには、流量調節弁４５は潤滑油温度が下がり過ぎの場合を除き、常時開放されていることになる。こうすることにより、潤滑油の回収率を向上させることができる。

本発明の第一実施形態にかかるターボ式空調装置の系統図である。 本発明の第一実施形態にかかるエダクタの壱拾縦断面図である。 本発明の第二実施形態にかかるターボ式空調装置の系統図である。 本発明の第二実施形態にかかるターボ式空調装置の系統図である。

符号の説明

１ ターボ式空調装置
９ ターボ圧縮機
１３ 凝縮器
１７ 蒸発器
１９ 冷媒流路
２９ 潤滑油循環ライン
３１ 油タンク
３５ 温度計
３７ オイルヒータ
３９ 油回収駆動ライン
４１ エダクタ
４３ 被回収ライン
４５ 流量調節弁
７１ ミストセパレータ
７３ 第一熱交換器
７５ 第二熱交換器
８１ 第一被回収ライン
８３ 第二被回収ライン

Claims (5)

1. ターボ圧縮機から送出された冷媒が循環する冷媒流路と、
   該冷媒流路に設けられ、運転時に前記冷媒を凝縮させる第一の熱交換器と、
   前記冷媒流路に設けられ、運転時に凝縮された冷媒を蒸発させる第二の熱交換器と、
   内部が低圧に維持されるとともに加熱手段を備え、潤滑油循環ライン中に設けられた潤滑油を貯留する油タンクと、
   該油タンクと前記冷媒流路の高圧部とを接続し、中途に配置されるエダクタに吸引力を与える油回収駆動ラインと、
   潤滑油と液状冷媒とが含まれる前記冷媒流路から前記エダクタの吸入側に接続される被回収ラインと、
   前記油タンク内の潤滑油温度を計測する温度計測手段と、
   前記油回収駆動ラインの前記エダクタ上流側に設けられ、前記温度計測手段の計測結果に応じて開閉量が調整される流量調節弁と、
   を備えたことを特徴とするターボ式空調装置。
2. 前記第二の熱交換器は満液式とされ、
   前記被回収ラインは、前記第二の熱交換器に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のターボ式空調装置。
3. 前記高圧部は、前記ターボ圧縮機からの出口部分に設けられたミストセパレータとされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のターボ式空調装置。
4. 前記高圧部は、前記ミストセパレータの油回収部とされていることを特徴とする請求項３に記載のターボ式空調装置。
5. 前記被回収ラインは、それぞれ選択的に接続される複数ラインで構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のターボ式空調装置。
   

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