JP2007017104A - スクリュ冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 スクリュ圧縮機の中間圧力部における冷媒の漏れを増加させることなく、軸受部およびロータ室内を効率よく冷却できるスクリュ冷凍装置を提供する。
【解決手段】 スクリュ圧縮機２、凝縮器３、膨張弁４および蒸発器５が介設され、冷媒が循環する循環流路Ｉを有するスクリュ冷凍装置１において、循環流路Ｉからスクリュ圧縮機２の吐出側および吸込側の軸受部１０，９に冷媒を導く分岐流路IIと、吐出側の軸受け部１０に導入された冷媒を、循環流路Ｉまたはスクリュ圧縮機２のロータ室６の中間圧力部に導く中間流路IIIとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明はスクリュ圧縮機を用いたスクリュ冷凍装置に関する。

従来、図５に示すようなスクリュ冷凍装置４１が公知である（例えば特許文献１参照）。従来のスクリュ冷凍装置４１は、スクリュ圧縮機４２と、凝縮器４３と、膨張弁４４と、蒸発器４５とが介設された冷媒が循環する循環流路VIを有している。スクリュ圧縮機４２は、雌雄一対のスクリュロータ４６を収容したロータ室４７を有し、スクリュロータ４６は軸受部４８，４９で支持されている。また、循環流路VIの凝縮器４３と膨張弁４４との間には、エコノマイザ５０が設けられている。エコノマイザ５０は、熱交換器（熱交換部）５１に、循環流路VIから分岐したエコノマイザ流路VIIの冷媒を補助膨張弁５２で絞り膨張させて蒸発させたときの気化熱で循環流路VI内の冷媒を冷却している。エコノマイザ流路VIIは、スクリュロータ４６によって吸込口および吐出口から隔離されたロータ室４７の中間圧力部に接続され、スクリュロータ４６やロータ室４７を冷却する。さらに、ロータ室４７には、エコノマイザ５０と膨張弁４４との間の循環流路VIから分岐した分岐流路VIIIからも冷媒が導入され、スクリュロータ４６同士およびスクリュロータ４６とロータ室４７の壁面との間のシールをしている。
特開２００４−１５０７４６号公報

スクリュ冷凍装置４１の場合、スクリュ圧縮機４２の冷却のためにロータ室４７に導入する冷媒の量が多いと、中間圧力部の圧力が大きく上昇する。そしてこの過大な圧力上昇により、スクリュロータ４６間の歯溝間の圧力差が増大し、中間圧力部、より具体的には中間圧力部におけるスクリュロータ４６の歯溝間での冷媒の漏れが発生するのでスクリュ圧縮機４２の効率が低下するという問題があった。

冷媒の蒸発熱を利用すれば、少ない冷媒でスクリュ圧縮機４２を冷却することが可能である。しかし、ロータ室４６に液状の冷媒を多量に導入すると、スクリュロータ４６が体積変化の小さい液体を圧縮しなければならなくなる（液圧縮）。すると、中間圧力部の圧力が異常に上昇し、過負荷となったり、スクリュロータ４６やロータ室４７を破損する場合がある。このため、エコノマイザ流路VIIからロータ室４６に導入する冷媒の加熱度を５〜１０℃にして液相を含まないようにする必要があり、エコノマイザ５０の効果を最大限に引き出すことができないという問題があった。

前記問題点に鑑みて、本発明は、スクリュ圧縮機の中間圧力部における冷媒の漏れを増加させることなく、軸受部およびロータ室内を効率よく冷却できるスクリュ冷凍装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明によるスクリュ冷凍装置は、スクリュ圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が介設され、冷媒が循環する循環流路と、前記循環流路から前記凝縮器と前記膨張弁との間で分岐し、絞り手段を介して前記スクリュ圧縮機の吸込側および吐出側の軸受部に冷媒を導く分岐流路と、吐出側の前記軸受け部に導入された冷媒を、前記循環流路または前記スクリュ圧縮機のロータ室の中間圧力部（スクリュロータによって吸込口および吐出口から隔離された部分）に導く中間流路とを備えるものとする。

この構成によれば、スクリュ圧縮機の軸受部に少なくとも部分的に液相の冷媒を導入して蒸発熱によって軸受部を冷却し、軸受部で液体の比率が低下した冷媒によってロータ室を冷却するのでスクリュロータで液体を圧縮することがない。このように、軸受部とロータ室とを順に冷却することで、スクリュ圧縮機の冷却に寄与する蒸発熱の比率を高くすることができ、スクリュ圧縮機の冷却のために導入する冷媒の総量を少なくすることができる。これによって、中間圧力部における圧力上昇を抑制して冷媒の漏れを小さくし、効率の高いスクリュ冷凍装置を提供できる。

本発明のスクリュ冷凍装置において、前記軸受部を蒸発熱により冷却するためには、前記分岐流路から前記軸受部に導入される冷媒の少なくとも一部分が液相であればよい。

また、本発明のスクリュ冷凍装置において、前記分岐流路が、前記凝縮器と前記膨張弁との間に設けたエコノマイザにおいて前記循環流路の冷媒を冷却するエコノマイザ流路であれば、前記のようにスクリュ圧縮機に加熱度の低い冷媒を導入できるので、エコノマイザにおいて循環流路の冷媒をより低温に冷却することができる。このため、スクリュ冷凍装置のエコノマイザ効果が高くなり、系全体の効率が高くなる。

また、本発明のスクリュ冷凍装置において、前記分岐流路が、前記スクリュ圧縮機のモータを経由して前記軸受部に冷媒を導くものであれば、さらに、冷媒の蒸発熱で前記スクリュ圧縮機のモータを冷却できるので、冷却のために導入する冷媒の総量が少なくなり、スクリュ圧縮機を高効率にできる。

以上のように、本発明によれば、軸受部とロータ室とを順に冷却することで、軸受部を蒸発熱によって冷却し、ロータ室には液体の比率を下げた冷媒を導入することができる。これによって、冷却のために導入する冷媒の総量を少なくして中間圧力部における冷媒の漏れを小さくでき、スクリュ冷凍装置の効率が高くなる。

これより、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の第１実施形態のスクリュ冷凍装置１を示す。スクリュ冷凍装置１は、スクリュ圧縮機２、凝縮器３、膨張弁４および蒸発器５が介設され、冷媒が循環する循環流路Ｉを有する。スクリュ圧縮機２は、ロータ室６内に、互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータ７，８を有し、スクリュロータ７，８は、それぞれ、軸受部９，１０で回転可能に支持されている。なお、スクリュロータ７が雄ロータ、スクリュロータ８が雌ロータである。ロータ室６の吸込口１１および吸込側の軸受部９は、モータ１２を収容したモータ室１３に連通している。片方のスクリュロータ７は、モータ１１に直結されて一体に回転可能である。このスクリュ圧縮機２において、冷媒は、循環流路Ｉからモータ室１３を介して吸込口１１よりロータ室６内に導入される。

また、スクリュ冷凍装置１は、循環流路Ｉの凝縮器３と膨張弁４との間から分岐する２つの分岐流路II，II’を有し、この分岐流路II，II’は、それぞれ、絞り手段である絞り弁１４，１４’を介して、スクリュ圧縮機２の軸受部１０，９に冷媒を導入するようになっている。また、スクリュ冷凍機２には、吐出側の軸受部１０に導入された冷媒を、さらに、スクリュロータ７，８によって吸込口１１および吐出口に連通しないように隔離されたロータ室６内の空間である中間圧力部に導入する中間流路IIIが設けられている。

前記構成からなるスクリュ冷凍装置１の循環流路Ｉにおいて、蒸発器５からスクリュ圧縮機２のモータ室１３に導入された冷媒は、吸込口１１からロータ室６内に導入され、スクリュロータ７，８によって圧縮され、スクリュ圧縮機２から吐出される。凝縮器３に導入された冷媒は、凝縮器３で熱を奪われて液体になる。液状の冷媒は膨張弁４で絞り膨張させられ、蒸発器５で熱を受け取ってガス化して再びスクリュ圧縮機２に導入される。

一方、循環流路Ｉから分岐流路II，II’に分流した液状の冷媒は、絞り弁１４，１４’によって絞り膨張させられ、気液混合状態で軸受部１０，９に導入される。軸受部１０，９に導入された冷媒は、蒸発することで軸受部１０，９を冷却し、液体の比率が低下する。

吸込側の軸受部９に導入された冷媒は、軸受部９を冷却した後、モータ室１３を介して蒸発器５からの冷媒と共に吸込口１１からスクリュロータ７，８の回転によってロータ室６に吸い込まれる。そして、ロータ室６における冷媒の温度上昇を抑制する。

一方、吐出側の軸受部１０に導入された冷媒は、中間流路IIIを通って、ロータ室６の中間圧力部に導入される。これにより、前記吸込側の軸受部９からの冷媒による冷却作用に加え、スクリュロータ７，８およびロータ室６内を冷却することができ、スクリュロータ７，８およびロータ室６の温度上昇が抑制される。

なお、軸受部９，１０を経て、ロータ室６内に導入される冷媒は、完全に気化されていなくても液状の冷媒の比率は低く、スクリュロータ７，８による液圧縮を生じることはない。

本実施形態において、中間流路IIIは、ロータ室６の中間圧力部ではなく、吸込口１１やモータ室１３に接続してもよい。その場合、軸受部１０を冷却した冷媒を吸込口１１からロータ室６に導入してスクリュロータ７，８およびロータ室６の温度上昇を抑制できる。

次に、図２に、本発明の第２実施形態のスクリュ冷凍装置２１を示す。
スクリュ冷凍装置２１は、スクリュ圧縮機２２、凝縮器２３、膨張弁２４および蒸発器２５を介設した、冷媒が循環する循環流路Ｉを有する。スクリュ圧縮機２２は、雌雄一対のスクリュロータ２６を収容するロータ室２７とスクリュロータ２６の軸受部２８，２９を有し、吐出側の軸受部２９とロータ室２７の中間圧縮部とを連通する中間流路IIIが設けられている。

さらに、循環流路Ｉの凝縮器２３と膨張弁２４との間にエコノマイザ３０が設けられている。エコノマイザ３０は、循環流路Ｉに設けた熱交換器３１に、循環流路Ｉから分岐した冷媒を補助膨張弁（絞り手段）３２で絞り膨張させて部分的に気化して導入することで、循環流路Ｉを流れる冷媒を気化熱で冷却する。循環流路Ｉから分岐され、エコノマイザ３０で循環流路Ｉの冷媒を冷却した冷媒は、気液混合状態でエコノマイザ流路（分岐流路の一形態）IVを通ってスクリュ圧縮機２２の軸受部２８，２９に導入される。

軸受部２８，２９に導入された冷媒は、液体部分が気化することで軸受部２８，２９を冷却してほぼ全てがガス化する。そして、ガス化した冷媒は、ロータ室２７に導入されてスクリュロータ２６およびロータ室２７を冷却する。

本実施形態においても、冷媒は、軸受２８，２９を冷却するために気化するので、ロータ室２７に液体のまま導入されて液圧縮によるトラブルを招くことがない。また、軸受部２８，２９を冷媒の気化熱で冷却することができるので、軸受部２８，２９を冷却するための冷媒の流量が少なくてすむ。このため、ロータ室２７の中間圧力部に導入される冷媒の量を最少限度に留めることができ、中間圧力部の圧力上昇が過大にならない。

本実施形態では、軸受部２８，２９に液相の冷媒を導入できるので、エコノマイザ流路IVの温度を低く設定することができる。つまり、エコノマイザ３０において、循環流路Ｉの冷媒をより低温に冷却することができる。これによって、エコノマイザ効果が上昇し、スクリュ冷凍装置２１全体の冷凍能力が高くなる。

本実施形態においても、中間流路IIIは、スクリュ圧縮機２２の吸込側の循環流路Ｉに接続し、循環流路Ｉを介して軸受部２９を冷却した冷媒をロータ室２７内に導入することで、スクリュロータ２６およびロータ室２７を冷却するようにしてもよい。

また、図３に、本発明の第３実施形態のスクリュ冷凍装置２１’を示すが、図２の第２実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
スクリュ冷凍装置２１’は、低段側のスクリュ圧縮機２２ａと高段側のスクリュ圧縮機２２ｂとからなる２段圧縮型の冷凍装置である。スクリュ圧縮機２２ａ，２２ｂは、それぞれ、スクリュロータ２６ａを収容したロータ室２７ａおよびスクリュロータ２６ｂを収容したロータ室２７ｂを有し、スクリュロータ２７ａおよびスクリュロータ２７ｂは、それぞれ、軸受部２８ａ，２９ａおよび軸受部２８ｂ，２９ｂで支持されている。両スクリュ圧縮機２２ａ，２２ｂの軸受部２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂには、それぞれ、エコノマイザ流路IVから気液混合状態の冷媒が導入される。

本実施形態において、低段側のスクリュ圧縮機２２ａの吐出側の軸受部２９ａに導入された冷媒は、中間流路IIIａを通って、スクリュ圧縮機２２ａとスクリュ圧縮機２２ｂとの間の循環流路Ｉに導入される。また、高段側のスクリュ圧縮機２２ｂの吐出側の軸受部２９ｂに導入された冷媒は、中間流路IIIｂを通って、低段側の中間流路IIIａに合流している。

本実施形態では、軸受部２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂに導入された冷媒は、ロータ室２７ａ，２７ｂに直接導入されることなく、循環流路Ｉを介してロータ室２７ａ，２７ｂに導入される。勿論、図２と同様に、中間流路IIIａ，IIIｂをロータ室２７ａ，２７ｂの中間圧力部に導入することも可能である。また、スクリュ圧縮機２２ａとスクリュ圧縮機２２ｂとの間の循環流路Ｉは、独立した配管でなくてもよく、軸受部２９ａや軸受部２８ｂと一体的に設けられた装置の内部空間であってもよい。

さらに、図４に、本発明の第４実施形態のスクリュ冷凍装置２１”を示すが、図３の第３実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
本実施形態において、スクリュ冷凍機２２ａは、冷媒の流路から独立したモータ３３を有している。また、スクリュ冷凍装置２１”は、エコノマイザ３０と膨張弁２４との間の循環流路Ｉから分岐した１次分岐流路Ｖが設けられている。１次分岐流路Ｖには絞り弁（絞り手段）３４が設けられ、液体状の冷媒をモータ３３に導入するようになっている。そして、気化熱によってモータ３３を冷却した冷媒は、２次分岐流路Ｖ’を通って軸受部２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂに導入される。エコノマイザ流路IVは、スクリュ圧縮機２２ａとスクリュ圧縮機２２ｂとの間の循環流路Ｉに接続されている。なお、モータ３３の冷却は、冷媒をモータ３３のジャケットに導入してもよく、冷媒を回転子を収容したモータ室に導入してもよい。

本実施形態では、冷媒は、モータ３３を冷却することで液体の比率を下げた後、軸受部２８ａ，２８ｂ，２９ａ，２９ｂを冷却することでさらに液体の比率を下げてから、ロータ室２７ａ，２７ｂに導入される。このため、ロータ室２７ａ，２７ｂ内での液圧縮のトラブルが発生しない。

本発明の第１実施形態のスクリュ冷凍装置の構成を示す図。 本発明の第２実施形態のスクリュ冷凍装置の構成を示す図。 本発明の第３実施形態のスクリュ冷凍装置の構成を示す図。 本発明の第４実施形態のスクリュ冷凍装置の構成を示す図。 従来のスクリュ冷凍装置の構成を示す図。

符号の説明

Ｉ 循環流路
II，II’ 分岐流路
III，IIIａ，IIIｂ 中間流路
IV エコノマイザ流路（分岐流路）
Ｖ １次分岐流路
Ｖ’ ２次分岐流路
１ スクリュ冷凍装置
２ スクリュ圧縮機
３ 凝縮器
４ 膨張弁
５ 蒸発器
６ ロータ室
７，８ スクリュロータ
９，１０ 軸受部
１４，１４’ 絞り弁（絞り手段）
２１，２１’，２２” スクリュ冷凍装置
２２，２２ａ，２２ｂ スクリュ圧縮機
２３ 凝縮器
２４ 膨張弁
２５ 蒸発器
２６，２６ａ，２６ｂ スクリュロータ
２７，２７ａ，２７ｂ ロータ室
２８，２８ａ，２８ｂ 軸受部
２９，２９ａ，２９ｂ 軸受部
３１ 補助膨張弁（絞り手段）
３４ 絞り弁（絞り手段）

Claims (4)

1. スクリュ圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が介設され、冷媒が循環する循環流路と、
   前記循環流路から前記凝縮器と前記膨張弁との間で分岐し、絞り手段を介して前記スクリュ圧縮機の吸込側および吐出側の軸受部に冷媒を導く分岐流路と、
   吐出側の前記軸受け部に導入された冷媒を、前記循環流路または前記スクリュ圧縮機のロータ室の中間圧力部に導く中間流路とを備えることを特徴とするスクリュ冷凍装置。
2. 前記分岐流路から前記軸受部に導入される冷媒の少なくとも一部分が液相であることを特徴とする請求項１に記載のスクリュ冷凍装置。
3. 前記分岐流路は、前記凝縮器と前記膨張弁との間に設けたエコノマイザにおいて前記循環流路の冷媒を冷却するエコノマイザ流路であることを特徴とする請求項１または２に記載のスクリュ冷凍装置。
4. 前記分岐流路は、前記スクリュ圧縮機のモータを経由して前記軸受部に冷媒を導くことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスクリュ冷凍装置。

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