JP2008082622A - 圧縮式冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒循環系に漏出する潤滑油の回収による冷凍装置損失を避けることができる圧縮式冷凍装置を提供すること。
【解決手段】モータ１５によって駆動される圧縮機１３と凝縮器１７と蒸発器１１とを冷媒配管２１によって連結する。圧縮機１３の軸受２３をモータハウジング１５ｃ内に設置する。軸受２３を潤滑する潤滑油が貯留されている潤滑油タンク２５を設置する。潤滑油タンク２５から油ポンプ２７で潤滑油を軸受２３に供給すると共に軸受２３を潤滑した潤滑油を潤滑油タンク２５に戻す軸受循環系と、モータハウジング１５ｃから導出した冷媒液を冷媒循環ポンプ６２で再びモータハウジング１５ｃ内に供給してモータ１５を冷却するモータ循環系とを設ける。潤滑油タンク２５とモータハウジング１５ｃとを均圧管３５で連結する。冷媒循環ポンプ６２の吸込側を凝縮器１７下部に連結する。モータハウジング１５ｃと凝縮器１７とを均圧管６５で連結する。
【選択図】図１

Description

本発明は圧縮式冷凍装置に関するものである。

従来、圧縮式冷凍装置（蒸気圧縮式冷凍装置）は、モータによって駆動される圧縮機と凝縮器と蒸発器とを冷媒配管で連結して構成されている。また圧縮式冷凍装置は潤滑が必要で、例えば上記圧縮機及びモータの軸受を潤滑する潤滑油を供給する潤滑油タンクが設置されている。潤滑油は、冷媒サイクル系（蒸発器−圧縮機−凝縮器）に漏れ出した潤滑油の回収を考慮して、冷媒に溶け易い油としている。そのため、潤滑油にも冷媒が溶け易く、相溶性のある油となっている。軸受潤滑に供給する潤滑油は、適正な粘性を保持する必要があり、現実的には潤滑油の温度と濃度（冷媒と潤滑油の溶液）を調整する必要がある。

前記軸受の部分からモータ経由あるいは圧縮機経由で冷媒サイクル系（冷媒循環系）に漏れ出した潤滑油は、蒸発器の冷媒液に溶け込んだ状態あるいは圧縮機吸込部に冷媒液を多く含んだ状態で蓄積される。これをそのまま放置すれば、軸受循環系の潤滑油が不足することになるので、前記冷媒サイクル系から潤滑油を回収し軸受循環系に戻す必要がある。その際、潤滑油と冷媒の混合溶液を加熱し、多量に溶け込んだ冷媒を蒸発させ、その蒸気を蒸発器あるいは圧縮機吸込部に放出して潤滑油濃度を上げている。しかしながらこの放出冷媒蒸気の影響により冷凍装置への無駄な負荷、損失が増えることになる。

また従来、潤滑油タンクは、蒸発器あるいは圧縮機吸込部に均圧させている。また、潤滑油の冷却には、凝縮器から冷媒を供給し、蒸発した冷媒を蒸発器あるいはエコノマイザーに戻していた。しかしながらこのように構成すると、必ずしも圧縮式冷凍装置全体としての効率が良いとは言えなかった。

また圧縮式冷凍装置の起動時には、蒸発器圧力、温度が急激に低下する（常温から冷水を冷却する蒸発温度に変化する。空調条件で言えば、夏期の外気温３０℃付近から蒸発温度６℃に変化する）。この際、潤滑油中に溶け込んでいる冷媒が蒸発してきて、粘性の高い潤滑油中に気泡となって現れる。即ちフォーミングが生じる。フォーミングにより、潤滑油の見かけの体積が急膨張し、潤滑油タンクから流出したり、あるいは油ポンプでの油圧が上昇しないなどの悪影響が生じる。このフォーミング現象を抑えるため、停止中はヒーターで潤滑油の温度を上げ（６０〜６５℃程度）、潤滑油が冷媒を吸収するのを抑え、潤滑油中の冷媒濃度を低く保持している。停止中の温度が高い分、放熱が増え、ヒータの電力が無駄になる。また急変を避けるため、潤滑油タンクの圧力を徐々に低下させる工夫をしているが、立ち上がり時間がかかってしまう。
特公平１−２０６９３号公報 実公平３−１７１７９号公報 実公昭６３−１３４２９号公報

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、冷媒サイクル系に漏出する潤滑油の回収による冷凍装置損失を避けることができる圧縮式冷凍装置を提供することにある。

また本発明の目的は、潤滑油を回収する機構を簡易化することにある。

また本発明の目的は、フォーミングの発生を抑制し、またフォーミングによる凝縮器／蒸発器の冷媒サイクル系への油漏出を避けることにある。

本願請求項１に記載の発明は、モータによって駆動される圧縮機と、凝縮器と、蒸発器とを冷媒を循環する冷媒配管によって連結してなる圧縮式冷凍装置において、前記圧縮機の軸受を前記モータのモータハウジング内に設置すると共に、この軸受を潤滑する潤滑油が貯留されている潤滑油タンクを設置し、前記潤滑油タンクから油ポンプで潤滑油を軸受に供給すると共に軸受を潤滑した潤滑油を潤滑油タンクに戻す軸受循環系と、モータハウジングから導出した冷媒液を冷媒循環ポンプで再びモータハウジング内に供給してモータを冷却するモータ循環系とを設け、前記潤滑油タンクとモータハウジングとを均圧管で連結すると共に、前記冷媒循環ポンプの吸込側を凝縮器下部に連結し、さらにモータハウジングの蒸気雰囲気の部分と凝縮器とを連結したことを特徴とする圧縮式冷凍装置にある。

本願請求項２に記載の発明は、モータによって駆動される圧縮機と、凝縮器と、蒸発器とを冷媒を循環する冷媒配管によって連結してなる圧縮式冷凍装置において、前記圧縮機の軸受を前記モータのモータハウジング内に設置すると共に、この軸受を潤滑する潤滑油が貯留されている潤滑油タンクを設置し、前記潤滑油タンクの潤滑油を油ポンプで軸受に供給すると共に軸受を潤滑した潤滑油を潤滑油タンクに戻す軸受循環系と、前記凝縮器とは別に設けた補助凝縮器の冷媒液を冷媒循環ポンプでモータハウジング内に供給してモータを冷却すると共にモータを冷却した冷媒を補助凝縮器に戻すモータ循環系とを設け、前記潤滑油タンクとモータハウジングとを均圧管で連結したことを特徴とする圧縮式冷凍装置にある。

本願請求項３に記載の発明は、前記潤滑油タンクに潤滑油タンク内の潤滑油を冷却する油冷却手段を設けると共に、この油冷却手段に用いる冷媒が、モータ循環系から供給されてモータ循環系に戻されることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮式冷凍装置にある。

本願請求項４に記載の発明は、前記モータを駆動するインバータには、前記モータ循環系から供給されてモータ循環系に戻される冷媒によってこのインバータを冷却する冷却部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の圧縮式冷凍装置である。

本願請求項５に記載の発明は、前記蒸発器内の冷媒を、前記凝縮器から蒸発器へ向かう冷媒にて加熱する油回収熱交換器を経由して、圧縮機の吸込部の液溜まり部に導入することで、前記冷媒中の潤滑油を回収することを特徴とする請求項１又は２又は３又は４に記載の圧縮式冷凍装置にある。

請求項１に記載の発明によれば、軸受循環系とモータ循環系とを設けたので、潤滑油が蒸発器、圧縮機、凝縮器を循環する冷媒サイクル系（冷媒循環系）に漏出することを極力避けることができる。これによって冷媒サイクル系に溶け込んだ潤滑油を回収して軸受循環系に戻すための無駄な負荷、損失を減少させることができる。
また軸受をモータハウジング内に設けたので、圧縮機羽根車と軸受の間にモータ内の冷媒蒸気を接するようにでき、蒸発器、圧縮機、凝縮器によって構成される冷媒サイクル系への潤滑油漏出が無くなり、潤滑油回収を基本的には不要にでき、軸受循環系の構成を簡易化できる。
また潤滑油タンクとモータハウジングとを均圧管で連結したので、たとえフォーミングが発生して潤滑油体積が膨れ上がって潤滑油タンクから溢れ出しても、溢れた潤滑油はモータ空間に留まり、フォーミングによる凝縮器／蒸発器の冷媒サイクル系への油漏出を避けることができる。
またモータハウジングの蒸気雰囲気の部分と凝縮器とを連結したので、蒸発した冷媒を冷却水によって放熱でき、圧縮式冷凍装置の効率が良くなる。
また冷媒循環ポンプの吸込側を凝縮器下部に連結したので、モータ循環系に不足している冷媒液を容易に供給することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、軸受循環系とモータ循環系とを設けたので、潤滑油が蒸発器、圧縮機、凝縮器を循環する冷媒サイクル系に漏出することを極力避けるようにすることができる。これによって冷媒サイクル系に溶け込んだ潤滑油を回収して軸受循環系に戻すための無駄な負荷、損失を減少させることができる。
また軸受をモータハウジング内に設けたので、圧縮機羽根車と軸受の間にモータ内の冷媒蒸気を接するようにでき、蒸発器、圧縮機、凝縮器によって構成される冷媒サイクル系への潤滑油漏出が無くなり、潤滑油回収を基本的には不要にでき、軸受循環系の構成を簡易化できる。
またモータハウジング内圧力は、補助凝縮器の温度で決まってくるが、補助凝縮器の温度が蒸発器の温度に影響されることは殆どないので、圧縮式冷凍装置の停止時等に蒸発器の冷媒温度に影響されることは殆どなく、圧力の急変を避けることができる。
また潤滑油タンクとモータハウジングとを均圧管で連結したので、たとえフォーミングが発生して潤滑油体積が膨れ上がって潤滑油タンクから溢れ出しても、溢れた潤滑油はモータ空間に留まり、フォーミングによる凝縮器／蒸発器の冷媒サイクル系への油漏出を避けることができる。

請求項３に記載の発明によれば、潤滑油の冷却を効果的に行うことができ、潤滑油を過冷却することで凝縮器の圧力が低下したときのフォーミングを抑制できる。

請求項４に記載の発明によれば、モータ循環系の冷媒によってインバータを冷却するので、インバータの冷却を空冷のみで行う場合に比べ、インバータのコンパクト化が可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、冷凍サイクル系に漏れ出した潤滑油を、回収時のエネルギー損失なく効率良く回収することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態にかかる圧縮式冷凍装置１−１の全体概略構成図である。同図に示すように圧縮式冷凍装置１−１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う圧縮式冷凍装置であって、冷媒を封入したクローズドシステムで構成され、具体的に言えば、冷水（被冷却流体）から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器１１と、モータ（電動機、駆動機）１５によって回転駆動されて前記冷媒蒸気を圧縮して高圧蒸気にする圧縮機１３と、高圧蒸気を冷却水（冷却流体）で冷却して凝縮させる凝縮器１７と、前記凝縮した冷媒を減圧して膨張させて蒸発器１１に送る膨張機１９とを、冷媒を循環する冷媒配管２１によって連結して構成されている。さらにこの圧縮式冷凍装置１−１は、モータ１５や各種ポンプの駆動制御や、各種開閉手段の開閉制御等を行う図示しない制御機器（制御手段）を具備している。

圧縮機１３の羽根車１３ａとモータ１５のロータ１５ａとを連結する軸２２は、一対の軸受２３により回転自在に支持されている。この軸受２３は、潤滑と冷却（摩擦熱の除去）が必要であり、またモータ１５は電気損、磁気損、摩擦損等による発熱分を冷却する必要がある。そこで本実施形態では、下記する潤滑油タンク２５や油ポンプ２７等を用いて軸受２３を潤滑する軸受循環系と、冷媒タンク６０や冷媒循環ポンプ６２等を用いてモータ１５を冷却するモータ循環系とを設けている。

即ち圧縮式冷凍装置１−１は、圧縮機１３の軸受２３を潤滑する潤滑油を貯留している潤滑油タンク２５を具備している。軸受２３はこの実施形態ではモータ１５の両側に設置されている。潤滑油タンク２５には、油ポンプ２７を介して軸受２３に潤滑油を供給する配管２９ａと、軸受２３を潤滑した潤滑油を潤滑油タンク２５に戻す配管２９ｂとが取り付けられ、これら配管２９ａ，２９ｂと潤滑油タンク２５と油ポンプ２７とによって軸受循環系（潤滑油循環系）が構成されている。潤滑油タンク２５内には潤滑油液面が存在し、その上部は冷媒蒸気、下部は潤滑油と冷媒の溶液（以下場合に応じて「混合溶液」又は「潤滑油」という）となっている。そして配管２９ａは潤滑油タンク２５の下部に接続されることで潤滑油タンク２５内の混合溶液が油ポンプ２７によって軸受２３に送られ、配管２９ｂは潤滑油タンク２５の上部に接続されることで軸受２３から戻ってきた混合溶液を潤滑油タンク２５の冷媒蒸気空間に導入する。潤滑油タンク２５内には、油冷却手段として熱交換器（以下「油冷却器」という）３３が設置されている。この油冷却器３３は冷媒によって混合溶液を冷却するものであり、下記するモータ循環系の冷媒循環ポンプ６２の吐出側の配管６３ｃから分岐してモータハウジング１５ｃに接続される配管３４中に設けられている。つまり油冷却器３３に用いる冷媒は、モータ循環系から供給されてモータ循環系に戻される。配管３４の油冷却器３３の上流側には開閉弁３７が設置され、油ポンプ２７の吐出側の配管２９ａに設置された温度センサ３９によって測定された混合溶液温度に応じて温度制御装置４１が開閉弁３７を開閉し、これによって混合溶液が所定の温度範囲に入るように制御している。

また潤滑油タンク２５の上部には冷媒循環ポンプ６２の吐出側の配管６３ｃから分岐する配管４３が接続されている。配管４３には開閉弁４５が設置され、潤滑油タンク２５内に設置された液位センサ４７によって測定された潤滑油タンク２５内の混合溶液の液位に応じて液位制御装置４９が開閉弁４５を開閉し、これによって混合溶液が所定の液位になるように制御している。また潤滑油タンク２５には油ポンプ２７の下流側の配管２９ａに潤滑油タンク２５に潤滑油を戻す油逃し配管５１が接続され、配管５１中には圧力調整用の油逃し弁５３が接続されている。油逃し弁５３で潤滑油タンク２５に所定圧力以上となった混合溶液を戻す場合は、潤滑油タンク２５中の混合溶液の液面の下に戻すのが望ましい。潤滑油タンク２５はその上部とモータ１５とを均圧管３５によって接続することで、モータ１５内の空間に均圧している。

モータ１５の下部には、冷媒タンク６０及び冷媒循環ポンプ６２が設けられ、冷媒タンク６０内の冷媒を冷媒循環ポンプ６２によってモータ１５に供給・循環するように配管６３ａ〜ｃを接続している。配管６３ａ〜ｃには、モータハウジング１５ｃと冷媒タンク６０間を連結する配管６３ａと、冷媒タンク６０と冷媒循環ポンプ６２間を連結する配管６３ｂと、冷媒循環ポンプ６２とモータハウジング１５ｃ間を連結する配管６３ｃとがある。またモータ１５（モータハウジング１５ｃ）と凝縮器１７とは均圧管６５によって接続・連通されている。また凝縮器１７の出口側（下部）と冷媒循環ポンプ６２の吸込側とを接続して凝縮器１７から冷媒液をモータ循環系に供給する冷媒液供給配管６７を設けている。均圧管６５には、モータ１５と凝縮器１７との連通を遮断又は制限する圧力調節弁６９を設け、冷媒液供給配管６７には、凝縮器１７から冷媒循環ポンプ６２の吸込側に供給する冷媒液の量を調節する冷媒液調節弁７１を設けている。凝縮器１７と冷媒タンク６０とはモータ１５経由（均圧管６５）で均圧されているので、冷媒液調節弁７１を開いておくことで、凝縮器１７の下部から冷媒タンク６０側に液ヘッドが同一になるように冷媒が供給されるが、冷媒タンク６０内の液面をより正確に管理するため、この実施形態では冷媒タンク６０内に設置したセンサ７３及び液面制御装置７５によって、冷媒タンク６０内の液面レベルが所定の高さに保持されるように冷媒液調節弁７１を調整することで、モータ１５で蒸発して均圧管６５から凝縮器１７に放出された分の冷媒を供給するようにしている。

図２は上記圧縮機１３の羽根車１３ａ及びモータ１５の内部構造を示す図である。同図に示すようにモータ１５は、モータハウジング１５ｃの中央に軸２２を設置し、その両側のモータハウジング１５ｃ内に前記軸２２を回動自在に軸支する一対の軸受２３を取り付け、また軸２２にはロータ１５ａを取り付け、ロータ１５ａの外周にこれに対向するステータ１５ｅを取り付けて構成されている。前記軸受２３は軸受室２４内に収納されている。この実施形態では軸受２３を転がり軸受で構成している。なお軸受２３には従来のすべり軸受を用いても良いが、転がり軸受の方が潤滑油の粘性の許容範囲は広くなり、潤滑油管理が容易になる。軸受室２４と羽根車１３ａとはラビリンス経由で接しても良いが、好ましくはこの実施形態のように、モータ１５内の冷媒蒸気が羽根車１３ａとラビリンス経由で接するようにする。つまり羽根車１３ａと軸受２３の間には冷媒蒸気が介在する空間がある。そして前記冷媒タンク６０に連結される配管６３ａはモータハウジング１５ｃの下部に接続されている。冷媒循環ポンプ６２に連結される配管６３ｃは複数本（３本）に分岐してそれらの先端がモータハウジング１５ｃの下部のモータハウジング１５ｃとステータ１５ｅの間と、ステータ１５ｅ内部を貫通してステータ１５ｅとロータ１５ａとの間とに位置している。モータハウジング１５ｃ内の軸受２３に接続される配管２９ａは軸受室２４の上部に接続されてその先端が軸受２３に接近又は当接している。軸受室２４の下部には配管２９ｂが接続されて、軸受２３を潤滑した混合溶液を潤滑油タンク２５に戻すようにしている。なお前記図１に示す配管３４と均圧管６５もモータハウジング１５ｃの上部に接続されているが、図２ではその記載を省略している。

以上のように構成された圧縮式冷凍装置１−１において、モータ１５下部の配管６３ｃ（分岐した左右のもの）からステータ１５ｅの外側（モータハウジング１５ｃとステータ１５ｅ間の隙間）に供給された冷媒液は、点線矢印で示すようにステータ１５ｅを冷却、蒸発しながら上昇し、ステータ１５ｅの上部からコイルエンドに向かって気液混合状態で噴出し、コイルエンドに降りかかり、コイルを冷却する。またモータ１５下部（上部からでも差し支えない）の配管６３ｃ（分岐した中央のもの）からステータ１５ｅ内部を通してロータ１５ａに供給された冷媒液は、実線矢印で示すようにステータ１５ｅとロータ１５ａの隙間を通って両者を冷却しながら左右両側に出る。

前記モータ１５の冷却に用いた冷媒は、モータ１５の空間で気液分離し（なおモータ１５の外部に気液分離器を設けても良い。その場合、冷媒液はモータ１５あるいは冷媒循環ポンプ６２吸込側に戻す）、冷媒蒸気を均圧管６５を通して凝縮器１７に導き、均圧する。この蒸発した冷媒蒸気は、凝縮器１７で冷却水に放熱する。蒸発しなかった冷媒液は、モータ１５下部の配管６３ａから冷媒タンク６０に戻され、冷媒循環ポンプ６２によって再度モータ１５の冷却に使用される。モータ１５で蒸発し凝縮器１７に導かれて凝縮した冷媒に相当する液量は、前記冷媒液調節弁７１を開閉調節することで凝縮器１７から冷媒循環ポンプ６２の吸込側に吸い込ませる。その方法の１つとしてこの実施形態では、前述のように冷媒タンク６０の液面を所定の高さに保持するように冷媒液を吸い込ませている。

一方潤滑油タンク２５から油ポンプ２７・配管２９ａ経由で軸受２３に供給された混合溶液は、配管２９ｂによって潤滑油タンク２５に戻される。前述のように軸受室２４は潤滑油タンク２５に均圧しており、混合溶液は自重で軸受室２４から潤滑油タンク２５に流下する。この混合溶液は軸受２３の摩擦熱を受けて温度上昇しているが、潤滑油タンク２５内の上部で冷媒蒸気を発生して温度が低下し、気液平衡関係になる。潤滑油タンク２５における発生冷媒蒸気は均圧管（配管）３５を通してモータ１５の空間に放出される。蒸発した分の冷媒は、開閉弁４５を開くことで、冷媒循環ポンプ６２から潤滑油タンク２５に供給される。供給量は例えば前記液位センサ４７及び液位制御装置４９によって、潤滑油タンク２５の液面を保持するように供給される。潤滑油タンク２５下部の油冷却器３３は、混合溶液を過冷却しておいて、凝縮器１７の圧力が低下してもフォーミングしないようにしている。図９は冷媒（Ｒ２４５ｆａ）と潤滑油（ＰＯＥ）の混合溶液の温度に対する冷媒濃度と冷媒圧力の関係を示す図、図１０は冷媒圧力を飽和温度に換算（露点温度と称する）し、混合溶液温度との関係を示した図、図１１は潤滑油の粘性を示す図である。これらの図に示すように、潤滑油の温度は、冷媒よりも高い温度で気液平衡するので（別の言葉で言えば、潤滑油と冷媒の混合溶液は沸点上昇があるので）、冷媒で潤滑油を冷却することができる。液面下では気液接触はないので、過冷却が可能である。

この圧縮式冷凍装置１−１によれば、潤滑油タンク２５から油ポンプ２７で潤滑油を軸受２３に供給すると共に軸受２３を潤滑した潤滑油を潤滑油タンク２５に戻す軸受循環系と、モータハウジング１５ｃから導出した冷媒液を冷媒循環ポンプ６２で再びモータハウジング１５ｃ内に供給してモータ１５を冷却するモータ循環系とを設け、モータハウジング１５ｃ内に設置した軸受２３から潤滑油がモータ１５空間に漏出するのは許容するが、モータ１５冷却用の冷媒と潤滑油の混合溶液は凝縮器１７に戻さないので、潤滑油が蒸発器１１、圧縮機１３、凝縮器１７を循環する冷媒サイクル系に漏出することを極力避けることができる。これによって冷媒サイクル系に溶け込んだ潤滑油を回収して軸受循環系に戻すための無駄な負荷、損失を減少させることができる。

またこの圧縮式冷凍装置１−１によれば上述のように、軸受２３（軸受室２４）を、モータハウジング１５ｃ内に設け、羽根車１３ａとはラビリンス経由でモータ１５の冷媒蒸気が接するようにしたので、前記冷媒サイクル系への潤滑油漏出が無くなり、潤滑油回収を基本的には不要にでき、軸受循環系の構成を簡易化できる。

またこの圧縮式冷凍装置１−１によれば、潤滑油冷却のため、モータ１５冷却用にモータ内を循環している冷媒液（潤滑油を含むこともある）を、潤滑油に混入して蒸発させるので、モータ１５の冷却とモータ１５内の冷媒液からの潤滑油回収を兼ね、装置の簡易化を図ることができる。

またこの圧縮式冷凍装置１−１によれば、潤滑油タンク２５とモータハウジング１５ｃとを均圧管３５で連結したので、たとえフォーミングが発生して潤滑油体積が１０倍以上に膨れ上がって潤滑油タンク２５から溢れ出しても、溢れた潤滑油はモータ１５空間に留まり、フォーミングによる凝縮器１７／蒸発器１１の冷媒サイクル系への油漏出を避けることができる。

なお急激なフォーミングが発生すると、潤滑油体積が５０倍以上にも膨れ上がることがある。特に緊急停止などで、圧縮機１３のサクションベーン１３ｂが全開状態で停止したとき、凝縮器１７の温度が熱容量の大きな蒸発器１１に引きずられて温度が急低下し、急激なフォーミングが発生する。この温度低下を避ける方策として、停電時は図示しない蓄電池によりサクションベーン１３ｂを閉止する方策、あるいはモータ１５・軸受室２４と凝縮器１７間の均圧管６５の圧力調節弁６９を閉じる方策がある。

〔第２実施形態〕
図３は本発明の第２実施形態にかかる圧縮式冷凍装置１−２の全体概略構成図である。同図に示す圧縮式冷凍装置１−２において、前記図１，図２に示す実施形態にかかる圧縮式冷凍装置１−１と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１，図２に示す実施形態と同じである。

この実施形態において前記第１実施形態と相違する点は、第１実施形態で設置した冷媒タンク６０と冷媒液供給配管６７と冷媒液調節弁７１とセンサ７３と液面制御装置７５と均圧管６５と圧力調節弁６９とを省略し、その代りにモータ１５下部に凝縮器１７に用いる冷却水と同じ冷却水で冷却する補助凝縮器７７を設け、モータ１５から配管６３ａを介して補助凝縮器７７に集められた冷媒を冷媒ポンプ６２によってモータ１５に供給するように構成し、また均圧管３５と配管３４とを補助凝縮器７７に接続した点である。この補助冷却器７７は、モータ１５で使用した冷媒蒸気を受け入れて冷却・凝縮し、冷媒ポンプ６２に供給するものである。なおこの実施形態においても、図１に示す温度センサ３９、温度制御装置４１、液位センサ４７、液位制御装置４９が同様に設置されているが、図示は省略している。

この圧縮式冷凍装置１−２は、圧縮機１３を駆動するモータ１５の冷却に補助凝縮器７７を用いている。これによって軸受２３の冷却にも間接的に補助凝縮器７７が用いられることとなる。即ちこの圧縮式冷凍装置１−２では、モータ１５の内部発熱を蒸発熱で奪った冷媒蒸気及び蒸発し切れなかった冷媒液をモータ１５下部の補助凝縮器７７に導入し、蒸気は凝縮させる。補助凝縮器７７の冷媒液を冷媒循環ポンプ６２でモータ１５の冷却のためにモータ１５に供給する。第１実施形態の場合と同様に、冷媒を潤滑油タンク２５に供給しても良い。

モータハウジング１５ｃ内圧力は、冷却水温度との関連で変化する補助凝縮器７７の温度で決まってくるが、補助凝縮器７７の温度が蒸発器１１の温度に影響されることは殆どないので、圧縮式冷凍装置１−２の停止時等に蒸発器１１の冷媒温度に引っ張られることは殆どなく、圧力の急変を避けることができる。

〔第３実施形態〕
図４は本発明の第３実施形態にかかる圧縮式冷凍装置１−３の全体概略構成図である。同図に示す圧縮式冷凍装置１−３において、前記図１，図２に示す実施形態にかかる圧縮式冷凍装置１−１と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１，図２に示す実施形態と同じである。

この実施形態は、第１実施形態の圧縮式冷凍装置１−１にインバータの冷却機構を追加したものであり、第１実施形態と相違する点は、モータ１５の回転速度を可変するインバータ７９を冷媒循環ポンプ６２の吐出側の配管６３ｃから分岐してモータハウジング１５ｃに接続される配管８１中に設けた冷却部８３によって冷却した点である。配管８１中には開閉弁８５が取り付けられている。なおこの実施形態においても、図１に示す温度センサ３９、温度制御装置４１、液位センサ４７、液位制御装置４９が同様に設置されているが、図示は省略している。

即ちこの実施形態の場合、圧縮機１３を駆動するモータ１５の冷却及びモータ１５を駆動するインバータ７９の冷却のために冷媒液を冷媒循環ポンプ６２により供給する。モータ１５の内部発熱及びインバータ７９の発熱を冷媒液の蒸発熱で奪い、蒸気になった冷媒を凝縮器１７に導いて凝縮させる。凝縮した冷媒液はモータ１５及びインバータ７９冷却系に戻す。

インバータ７９のスイッチング素子部からの発熱は多く、通常空冷フィン経由で空気に放熱している。これに対して本実施形態のようにインバータ７９を冷媒で冷却すると、冷媒の蒸発伝熱は空気の伝熱よりも良好であり、また蒸発潜熱を利用することから媒体流量も大幅に削減できる。このため空気通路の代りとなる媒体通路面積（密封された通路となる）を大幅に削減でき、インバータ７９（冷却部８３）のコンパクト化が可能となる。インバータ７９の冷却を空気冷却と冷媒冷却の両者で合せて行っても良い。この場合、空冷フィンの動力削減が可能となる。

〔第４実施形態〕
図５は本発明の第４実施形態にかかる圧縮式冷凍装置１−４の全体概略構成図である。同図に示す圧縮式冷凍装置１−４において、前記図３に示す実施形態にかかる圧縮式冷凍装置１−２と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１，図２，図３に示す実施形態と同じである。

この実施形態は、第２実施形態の圧縮式冷凍装置１−２にインバータの冷却機構を追加したものであり、第２実施形態と相違する点は、モータ１５の回転速度を可変するインバータ７９を配管６３ｂから分岐して補助凝縮器７７の上部に接続される配管８７中に設けた冷却部８３によって冷却した点である。配管８７中には開閉弁９１が取り付けられている。なおこの実施形態においても、図１に示す温度センサ３９、温度制御装置４１、液位センサ４７、液位制御装置４９が同様に設置されているが、図示は省略している。

この実施形態の場合、圧縮機１３を駆動するモータ１５の冷却及びモータ１５を駆動するインバータ７９の冷却、及び軸受２３部分の冷却に補助凝縮器７７を用いている。モータ１５の内部発熱及びインバータ７９の発熱を蒸発熱で奪った冷媒蒸気及び蒸発し切れなかった冷媒液は、補助凝縮器７７に導かれ、蒸気は凝縮される。凝縮した冷媒液は、再び冷媒循環ポンプ６２でモータ１５の冷却、インバータ７９の冷却あるいは潤滑油冷却のため供給される。

〔第５実施形態〕
図６は本発明の第５実施形態にかかる圧縮式冷凍装置１−５の全体概略構成図である。同図に示す圧縮式冷凍装置１−５において、前記図１，図２に示す実施形態にかかる圧縮式冷凍装置１−１と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１，図２に示す実施形態と同じである。この実施形態は、第１実施形態の圧縮式冷凍装置１−１に潤滑油回収装置を追加したものである。即ちモータハウジング１５ｃから凝縮器１７、あるいはモータハウジング１５ｃから圧縮機１３の羽根車１３ａ部分に、潤滑油が漏出しないようにしているが、微量であっても年間を通した運転などでは漏出が生じ、潤滑油が不足する可能性がある。そこでこの実施形態では冷媒サイクル系からの潤滑油回収装置を設けている。

この潤滑油回収装置は、蒸発器１１内の潤滑油を含有している冷媒を油回収熱交換器９３を経由して圧縮機１３の吸込部の液溜まり部１３ｃに導くように配管９５を接続すると共に、油回収熱交換器９３を通る前記冷媒を、凝縮器１７から蒸発器１１へ向かう配管９７中の冷媒にて加熱するように構成している。即ち凝縮器１７から配管９７を通して蒸発器１１に導入される冷媒により、配管９５中の潤滑油の混入した冷媒を加熱し、加熱されて蒸発した冷媒は圧縮機１３に吸引され、一方ミストとなった潤滑油は液溜まり部１３ｃに溜まり、回収される。蒸発器１１から油回収熱交換器９３への冷媒流量は、蒸発後の過熱度を過熱度検出手段９９で検出し、バルブ１０１の開度を制御することで、所定の流量になるように調節される。その際配管９７を通して蒸発器１１に導入される冷媒は冷却される（熱量同一）ので、蒸発した冷媒と同熱量は蒸発器１１で冷凍効果を発揮したと同じことになる。回収された液溜まり部１３ｃの混合溶液は、その油濃度が高いと判断されたときなどに、液溜まり部１３ｃと配管６３ａとを連結する配管１０３に設置したポンプ（例えば電磁ポンプ）１０５等によって、モータ循環系（軸受循環系でもよい）に戻される。なお１０６は逆止弁である。前記油濃度は例えば、圧縮機１３の吸込部の冷媒露点あるいは圧力と、圧縮機１３の吸込部の液温とから検出することができる。圧縮機１３の吸込部の液溜まり部１３ｃに混合溶液が溜まりすぎると、前記液溜まり部１３ｃと蒸発器１１とを連結する配管１０７によって余分な溶液は蒸発器１１に戻すようにする。図６では液溜まり部１３ｃの混合溶液が配管１０７にオーバーフローするようにしている。なお配管１０７の途中に液シール部１０９を設け、冷媒の逆流を防いでいる。

〔第６実施形態〕
図７は本発明の第６実施形態にかかる圧縮式冷凍装置１−６の全体概略構成図である。同図に示す圧縮式冷凍装置１−６において、前記図１，図２，図６に示す実施形態にかかる圧縮式冷凍装置１−１，１−５と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１，図２，図６に示す実施形態と同じである。この実施形態は、第５実施形態の圧縮式冷凍装置１−５とほぼ同一の潤滑油回収装置を具備しており、圧縮式冷凍装置１−５と相違する点は、圧縮式冷凍装置１−５で用いたポンプ１０５、配管１０３の代りに、液溜まり部１３ｃと潤滑油タンク２５間を連結する配管１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃと、これら配管１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの接続部分に設置される切替え弁（３方電磁弁）１１３とを具備し、この切替え弁１１３によって配管１１１ａと配管１１１ｂ間、配管１１１ａと配管１１１ｃ間を切り替えるようにした点である。配管１１１ｂには混合溶液を溜めるタンク１１５を設置している。１１７は逆止弁である。

通常は、配管１１１ａと配管１１１ｂとを連結して圧縮機１３の吸込部の液溜まり部１３ｃの液を、圧縮機１３の吸い込み圧力でタンク１１５に溜めておき、油濃度が高いと判断されたときに、タンク１１５にかかる圧力を、切替え弁１１３を切り替えることで配管１１１ｂと配管１１１ｃとを連結して圧縮機１３の吸込部の圧力から、潤滑油タンク２５側圧力（あるいはモータハウジング１５ｃ側あるいは凝縮器１７側の圧力）に切り替え、位置ヘッドにより、タンク１１５内の混合溶液を潤滑油タンク２５に移動する。移動完了（たとえば時間で判断）後、切替え弁１１３を切り替えることでタンク１１５にかかる圧力を元に戻して圧縮機１３の吸込部の液溜まり部１３ｃの液を溜めるようにする。

〔第７実施形態〕
図８は本発明の第７実施形態にかかる圧縮式冷凍装置１−７の全体概略構成図である。同図に示す圧縮式冷凍装置１−７において、前記図１，図２に示す圧縮式冷凍装置１−１と同一又は相当部分には同一符号を付す。なお以下で説明する事項以外の事項については、前記図１，図２に示す実施形態と同じである。この圧縮式冷凍装置１−７において、前記圧縮式冷凍装置１−１と相違する点は、膨張機１９の代りに動力回収装置１１９を設置した点である。

この実施形態で用いている動力回収装置１１９は凝縮器１７から蒸発器１１への冷媒の流れが持つエネルギーを回収する回転式の動力回収膨張機であり、内部にノズルとタービンとを持ち、ノズルで凝縮器１７からの冷媒液の流速を高めると共に旋回流とし、この液流をタービンに当ててタービンに回転力を与えている。動力回収装置１１９は発電機（動力回収機）１２１を具備し、この発電機１２１によって前記冷媒の流れが持つエネルギーを電力として回収する。回収した電力をモータ１５に供給して圧縮仕事の一部に利用すれば、その分外部からの投入電力（投入動力）を減少させることができる。また凝縮器１７から蒸発器１１に入る冷媒から動力を回収しているので、蒸発器１１に入る冷媒のエンタルピーが低下しており、従って蒸発器１１の冷凍能力も増大し、冷凍効果が増大する。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、上記実施形態では、モータと羽根車を直結するように記載しているが、モータの回転をギアで増速して羽根車を駆動する圧縮式冷凍装置であっても良い。

圧縮式冷凍装置１−１の全体概略構成図である。 圧縮機１３の羽根車１３ａ及びモータ１５の内部構造を示す図である。 圧縮式冷凍装置１−２の全体概略構成図である。 圧縮式冷凍装置１−３の全体概略構成図である。 圧縮式冷凍装置１−４の全体概略構成図である。 圧縮式冷凍装置１−５の全体概略構成図である。 圧縮式冷凍装置１−６の全体概略構成図である。 圧縮式冷凍装置１−７の全体概略構成図である。 混合溶液の温度に対する冷媒濃度と冷媒圧力の関係を示す図である。 露点温度と混合溶液温度との関係を示す図である。 潤滑油の粘性を示す図である。

符号の説明

１−１ 圧縮式冷凍装置
１１ 蒸発器
１３ 圧縮機
１３ｃ 液溜まり部
１５ モータ
１５ｃ モータハウジング
１７ 凝縮器
１９ 膨張機
２１ 冷媒配管
２２ 軸
２３ 軸受
２５ 潤滑油タンク
２７ 油ポンプ
３３ 油冷却器（油冷却手段）
３５ 均圧管
６２ 冷媒循環ポンプ
６５ 均圧管
７７ 補助凝縮器
７９ インバータ
８３ 冷却部
９３ 油回収熱交換器
１−２ 圧縮式冷凍装置
１−３ 圧縮式冷凍装置
１−４ 圧縮式冷凍装置
１−５ 圧縮式冷凍装置
１−６ 圧縮式冷凍装置
１−７ 圧縮式冷凍装置

Claims (5)

1. モータによって駆動される圧縮機と、凝縮器と、蒸発器とを冷媒を循環する冷媒配管によって連結してなる圧縮式冷凍装置において、
   前記圧縮機の軸受を前記モータのモータハウジング内に設置すると共に、この軸受を潤滑する潤滑油が貯留されている潤滑油タンクを設置し、
   前記潤滑油タンクから油ポンプで潤滑油を軸受に供給すると共に軸受を潤滑した潤滑油を潤滑油タンクに戻す軸受循環系と、
   モータハウジングから導出した冷媒液を冷媒循環ポンプで再びモータハウジング内に供給してモータを冷却するモータ循環系とを設け、
   前記潤滑油タンクとモータハウジングとを均圧管で連結すると共に、
   前記冷媒循環ポンプの吸込側を凝縮器下部に連結し、
   さらにモータハウジングの蒸気雰囲気の部分と凝縮器とを連結したことを特徴とする圧縮式冷凍装置。
2. モータによって駆動される圧縮機と、凝縮器と、蒸発器とを冷媒を循環する冷媒配管によって連結してなる圧縮式冷凍装置において、
   前記圧縮機の軸受を前記モータのモータハウジング内に設置すると共に、この軸受を潤滑する潤滑油が貯留されている潤滑油タンクを設置し、
   前記潤滑油タンクの潤滑油を油ポンプで軸受に供給すると共に軸受を潤滑した潤滑油を潤滑油タンクに戻す軸受循環系と、
   前記凝縮器とは別に設けた補助凝縮器の冷媒液を冷媒循環ポンプでモータハウジング内に供給してモータを冷却すると共にモータを冷却した冷媒を補助凝縮器に戻すモータ循環系とを設け、
   前記潤滑油タンクとモータハウジングとを均圧管で連結したことを特徴とする圧縮式冷凍装置。
3. 前記潤滑油タンクに潤滑油タンク内の潤滑油を冷却する油冷却手段を設けると共に、この油冷却手段に用いる冷媒が、モータ循環系から供給されてモータ循環系に戻されることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮式冷凍装置。
4. 前記モータを駆動するインバータには、前記モータ循環系から供給されてモータ循環系に戻される冷媒によってこのインバータを冷却する冷却部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の圧縮式冷凍装置。
5. 前記蒸発器内の冷媒を、前記凝縮器から蒸発器へ向かう冷媒にて加熱する油回収熱交換器を経由して、圧縮機の吸込部の液溜まり部に導入することで、前記冷媒中の潤滑油を回収することを特徴とする請求項１又は２又は３又は４に記載の圧縮式冷凍装置。

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