JP2008082623A - 圧縮式冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の軸受の潤滑及び冷却と、圧縮機を駆動するモータの冷却とを行う潤滑冷却用の媒体の管理の簡易化を図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により駆動される圧縮機１３と、凝縮器１７と、蒸発器１１とを冷媒配管２１によって連結してなる圧縮式冷凍装置１−１である。冷媒と潤滑油の混合媒体を圧縮機１３の軸受２３及びモータ１５に供給して軸受２３の潤滑及び冷却とモータ１５の冷却とを行わせる媒体ポンプ２７と、軸受２３及びモータ１５で使用した混合媒体を受け入れて蓄え、媒体ポンプ２７に供給する媒体タンク２５とを具備する。モータ１５と凝縮器１７とを連通する均圧管３７を設ける。凝縮器１７から媒体ポンプ２７の吸込側に冷媒液を供給する冷媒液供給配管３９を設ける。
【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。また圧縮機の軸受は潤滑が必要であり、例えば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。

しかしながら潤滑油を用いた場合、潤滑油に冷媒が溶け込み、潤滑油系統の圧力が変動したとき、フォーミング（潤滑油中に溶け込んでいる冷媒が蒸発して粘性の高い潤滑油中に気泡となって現れる現象）が発生し易く、フォーミング発生時には軸受への潤滑油の供給が不足あるいは不能になり、また潤滑油タンク以上の容積に膨れ上がり、冷媒経路へ溢れ出たりする。従ってフォーミング発生を防ぐため、潤滑油に溶け込む冷媒を制限するための潤滑油温度管理、濃度管理を行い、また圧力変動を抑える管理などが必要である。例えば圧縮式冷凍装置の停止中は、潤滑油が冷媒を吸収しないように、ヒーターで加熱し、潤滑油温度を冷媒温度よりも４０〜５０℃程度高く維持している。しかし停止中の温度が高い分、放熱が増え、ヒーターの電力が無駄になる。また潤滑油から冷媒を追い出し易くするため、潤滑油タンク（圧力）を蒸発器に連通することが多いが、この場合は、起動時に潤滑油タンク圧力が蒸発器温度の急低下に引きずられてフォーミングを起こし易い。一方この急変を避けるため、蒸発器温度を徐々に低下させる制御等を行うと、起動に時間がかかるという問題も生じる。

また潤滑油の代りに、冷媒によって軸受の潤滑を行う方法もある（例えば特許文献１，２）。しかしながら例えば停電によって軸受への冷媒の供給がなくなった状態でも、羽根車やモータのローターの慣性力で圧縮機の軸は回転を続けるので、その軸受で焼き付きを起こす危険があった。また軸受として転がり軸受を用いる場合、軸受全体が冷媒液で充満されると、転がり軸受を構成する転動体による冷媒液攪拌が生じ、動力損失が大きくなる。

一方従来、圧縮機駆動用のモータの冷却は、凝縮器からの冷媒液をモータを構成するステータ、コイル、ロータ等に直接接触させることで行われている。冷却後の蒸発した冷媒蒸気及び未蒸発の冷媒液は、蒸発器あるいは凝縮器に戻しているが、省エネルギーの点からは凝縮器に戻す方が、モータ発熱分を冷却水に放熱することになり好ましい。

通常、モータ軸受の潤滑油は若干量ではあるが、モータ側に漏出し、前述の未蒸発冷媒液に溶け込むことになる。この未蒸発冷媒液を凝縮器あるいは蒸発器に戻すと、潤滑油も冷媒循環系に入り込むことになる。これらの潤滑油を回収しないと、最終的には潤滑油系統の潤滑油が不足して運転不能に陥り、また潤滑油は蒸発器に溜まってくる傾向にあって、蒸発伝熱を悪くする。このため従来、冷媒循環系（蒸発器−圧縮機−凝縮器）から潤滑油系統に潤滑油を回収する装置を設けている。しかし、潤滑油の量は冷媒循環系の冷媒量に比し、非常に少なく油濃度が低いので、回収装置は大掛かりなものとなる。
特公昭４１−５９９０号公報 特開平１０−１３２３９５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、圧縮機の軸受の潤滑及び冷却と、圧縮機を駆動するモータの冷却とを行う潤滑冷却用の媒体の管理の簡易化を図ることができる圧縮式冷凍装置を提供することにある。

本願請求項１に記載の発明は、モータにより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、前記冷媒と潤滑油の混合媒体を前記圧縮機の軸受及びモータに供給して軸受の潤滑及び冷却とモータの冷却とを行わせる媒体ポンプと、前記軸受及びモータで使用した混合媒体を受け入れて蓄え、前記媒体ポンプに供給する媒体タンクとを具備し、前記モータと凝縮器とを連通する均圧管を設け、さらに凝縮器から媒体ポンプ吸込側に冷媒液を供給する冷媒液供給配管を設け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、前記均圧管に、モータと凝縮器との連通を遮断又は制限する圧力調節弁を設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮式冷凍装置にある。

本願請求項３に記載の発明は、前記冷媒液供給配管に、前記凝縮器から媒体ポンプ吸込側に供給する冷媒液の量を調節する冷媒液調節弁を設けた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、モータにより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、前記冷媒と潤滑油の混合媒体を前記圧縮機の軸受及びモータに供給して軸受の潤滑及び冷却とモータの冷却とを行わせる媒体ポンプと、前記軸受及びモータで使用した冷媒蒸気を含む混合媒体を受け入れて冷却・凝縮し、前記媒体ポンプに供給する補助凝縮器とを具備することを特徴とする圧縮式冷凍装置にある。

本願請求項５に記載の発明は、前記媒体ポンプから軸受に媒体を供給する配管に、媒体を冷却する媒体冷却器を設けたことを特徴とする請求項１乃至４の内の何れかに記載の圧縮式冷凍装置にある。

本願請求項６に記載の発明は、前記媒体ポンプから軸受に媒体を供給する配管中に、媒体を所定量保持しておく媒体保持部を設けたことを特徴とする請求項１乃至５の内の何れかに記載の圧縮式冷凍装置にある。

本願請求項７に記載の発明は、前記軸受からの媒体排出を停止させる媒体排出停止弁を設けたことを特徴とする請求項１乃至６の内の何れかに記載の圧縮式冷凍装置にある。

本願請求項１に記載の発明によれば、圧縮機の軸受の潤滑及び冷却とモータの冷却とを同じ混合媒体によって行うので、軸受及びモータの冷却と、軸受の潤滑とを簡易な構成で行うことができ、その管理の簡易化を図ることができる。また均圧管を設けたので、混合媒体のフォーミングを効果的に防止できる。さらに冷媒液供給配管を設けたので、混合媒体循環系に容易に不足している冷媒液を供給することが可能となる。

本願請求項２に記載の発明によれば、均圧管に圧力調節弁を設けたので、たとえ凝縮器側の圧力や温度が急変したり、圧縮式冷凍装置が緊急停止しても、モータ側の圧力や温度の急変を避けることができる。

本願請求項３に記載の発明によれば、冷媒液供給配管に冷媒液調節弁を設けたので、混合媒体循環系への冷媒液の供給量を容易に調節することができる。

本願請求項４に記載の発明によれば、圧縮機の軸受の潤滑及び冷却とモータの冷却とを同じ混合媒体によって行うので、軸受及びモータの冷却と、軸受の潤滑とを簡易な構成で行うことができ、その管理の簡易化を図ることができる。また圧縮式冷凍装置の負荷にあまり影響されない補助凝縮器を用いるので、モータ側の圧力や温度の急変を避けることができる。

本願請求項５に記載の発明によれば、媒体冷却器を設けたので、混合媒体を過冷却でき、軸受へ供給する混合媒体を蒸発しにくくできると共に、その粘性を増加でき、より効果的に軸受の潤滑と冷却とを図ることができる。

本願請求項６に記載の発明によれば、媒体保持部を設けたので、媒体ポンプによる軸受への混合媒体の供給が途絶えても、媒体保持部の混合媒体を供給でき、圧縮機及びモータ停止までの軸受の潤滑を確保することができる。

本願請求項７に記載の発明によれば、媒体排出停止弁を設けたので、停電時や媒体ポンプ異常時に軸受からの混合媒体の排出を停止させることができ、これによって軸受の潤滑を確保することができる。

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実施形態を用いて構成される圧縮式冷凍装置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（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。また前記モータ１５にはその回転速度を可変するインバータ３１が電気的に接続されている。さらにこの圧縮式冷凍装置１−１は、モータ１５やインバータ３１や各種ポンプの駆動制御や各種弁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、モータ１５の下部に、媒体タンク２５及び媒体ポンプ２７を設け、媒体タンク２５内の媒体（下記する混合媒体）を媒体ポンプ２７によってモータ１５と軸受２３とに供給・循環するように配管２９ａ〜ｅを接続している。配管２９ａ〜ｅには、モータハウジング１５ｃと媒体タンク２５間を連結する配管２９ａと、媒体タンク２５と媒体ポンプ２７間を連結する配管２９ｂと、媒体ポンプ２７とモータハウジング１５ｃ間を連結する配管２９ｃと、配管２９ｃから分岐してモータハウジング１５ｃ内の一対の軸受２３にそれぞれ分岐して接続する配管２９ｄと、配管２９ｄから分岐してインバータ３１を冷却した後にモータハウジング１５ｃに連結される配管２９ｅ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３７によって連通されている。また凝縮器１７の出口側と媒体ポンプ２７吸込側（即ち配管２９ｂ）とを接続し、凝縮器１７からの冷媒液を供給する冷媒液供給配管３９を設けている。均圧管３７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４３を設け、冷媒液供給配管３９には、凝縮器１７から媒体ポンプ２７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４５を設けている。冷媒液供給配管３９には逆止弁４７も取り付けられている。また前記配管２９ｅにも弁４９が取り付けられている。

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の中央に前記軸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３３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。そして前記媒体タンク２５に連結される配管２９ａはモータハウジング１５ｃの下部に接続されている。媒体ポンプ２７に連結される配管２９ｃ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との間と、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２９ｄは軸受室３３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３３の下部にはモータハウジング１５ｃ内の空間に連通する開口３５が設けられている。軸受室３３にはモータハウジング１５ｃ内と均圧を図る開口３４が設けられている。なお前記図１に示す配管２９ｅと均圧管３７もモータハウジング１５ｃの上部に接続されているが、図２（下記する図３，図４でも同じ）ではその記載を省略している。

以上の説明からも分かるように本発明では、軸受２３の潤滑・冷却用の媒体と、モータ１５冷却用の媒体とを同じ媒体としている。この媒体には、冷凍サイクルで循環している冷媒と同じ冷媒（例えば、Ｒ２４５ｆａあるいはＲ１３４ａ）と潤滑油（例えばポリオールエステル〔ＰＯＥ〕あるいはポリビニルエーテル〔ＰＶＥ〕）の混合溶液（以下この混合溶液を「混合媒体」という）とを用いる。混合媒体中の冷媒は冷却に作用（主に潜熱を利用）し、潤滑油は軸受潤滑のための粘性保持に作用する。混合媒体供給量は、発熱量に相当する媒体量（発熱／潜熱）の２〜５倍程度としている。

圧縮式冷凍装置１−１を運転すると、媒体ポンプ２７によって媒体タンク２５内の混合媒体が配管２９ｃを通してモータハウジング１５ｃ内に供給され、同時に配管２９ｄを通して一対の軸受２３に供給される。配管２９ｃを通してモータハウジング１５ｃ内に供給される混合媒体の一部は、モータ１５下部のモータハウジング１５ｃとステータ１５ｅの間に入り、点線で示すようにステータ１５ｅ外径に沿って上昇しステータ１５ｅを冷却し、上部でステータ１５ｅの両コイルエンド側に噴出し、コイルエンドを冷却する。一方配管２９ｃを通してモータハウジング１５ｃ内に供給される混合媒体の他の一部は、ステータ１５ｅの内径とロータ１５ａ間の隙間に供給され、ロータ１５ａとステータ１５ｅとを冷却し、左右両側に噴出する。同時に配管２９ｄを通して一対の軸受２３に供給された混合媒体は、直接軸受２３に供給され、軸受２３の潤滑と冷却とを行った後、軸受室３３下部の開口３５からモータハウジング１５ｃ内に流出する。この実施形態では転がり軸受からなる軸受２３全体を液で充満させず、冷媒液を転動体に噴射して潤滑し、冷媒蒸気中で回転させている。この方が、動力損失が減る。安全のため転動体の一部が混合媒体液に浸っても差し支えない。なお上記圧縮式冷凍装置１−１の運転時、弁４９を開くことで、インバータ３１のスイッチング素子（放熱板に取り付け）の発熱分も混合媒体で冷却しても良い。通常インバータ３１の冷却は空気冷却であるが、この実施形態のように空気冷却と媒体冷却の両者を合せて利用しても良い。

モータ１５及び軸受２３の発熱部を冷却してモータハウジング１５ｃ内で蒸発（気液分離）した冷媒蒸気は、モータハウジング１５ｃ上部から均圧管３７を通して凝縮器１７に導かれる。前記均圧管３７又はその前後に、液滴が凝縮器１７に入らないように、気液分離器を設け、分離した液をモータ１５あるいは媒体タンク２５に戻すように構成しても良い。

未蒸発の媒体は、モータ１５下部の配管２９ａから媒体タンク２５に戻る。凝縮器１７と媒体タンク２５とはモータ１５経由で均圧されているので、蒸発して凝縮器１７に導かれた冷媒は、冷媒液調節弁４５を開いておくことで、凝縮器１７の下部から冷媒液の形で媒体タンク２５側に、液ヘッドが同一になるように供給される。媒体タンク２５内の液面をより正確に管理するためには、媒体タンク２５内に設置したセンサ５１及び制御装置５３からなる液面制御手段５５によって、媒体タンク２５の液面レベルを所定の高さに保持するように冷媒液調節弁４５を調整することで、蒸発した分の冷媒を供給するようにしても良い。

軸受潤滑油は通常フォーミングが問題になるが、本発明では、軸受潤滑用の混合媒体を、凝縮器１７に均圧させているので、冷凍装置起動時の温度が急変することはなく、フォーミングは起こり難い。従って起動時間を非常に短くすることができる（潤滑油タンクを蒸発器に均圧をとっている従来方式では、起動と共に冷媒温度が低下し、大幅な低下となる。急変を避け、徐々に温度を下げていくため、起動に時間がかかることになる）。冷凍装置停止時も凝縮器１７そのものが急変することはないが、蒸発器１１の熱容量が凝縮器１７に比して大きいので、蒸発器１１に引きずられる可能性は含んでいる。混合媒体の冷媒が９０％、潤滑油１０％付近になると、フォーミングは一時的に発生しても気泡は消え易くなる。一時的なフォーミングを避けるため、モータハウジング１５ｃと凝縮器１７間の均圧管３７に設けた圧力調節弁４３を開閉制御し、凝縮器１７側の圧力あるいは温度が急変してもモータ１５側の圧力あるいは温度の急変を避けることもできる。また圧縮式冷凍装置１−１の緊急停止時には圧力調節弁４３を遮断する。

図３は軸受潤滑方式を変形した圧縮機１３の羽根車１３ａ及びモータ１５の内部構造を示す図である。即ちこの例において上記軸受潤滑方式と相違する点は、軸受２３に接続する配管２９ｄの上流側（配管２９ｄが分岐する部分）に媒体保持部（以下「アキュムレータ」という）５７を取り付けた点である。このように構成すれば、停電時あるいは媒体ポンプ２７異常時に、媒体ポンプ２７による混合媒体供給が途絶えても、アキュムレータ５７の混合媒体を利用し、圧縮機１３及びモータ１５停止までの１〜数分間の軸受２３の潤滑を確保することができる。

図４は軸受潤滑方式を変形した圧縮機１３の羽根車１３ａ及びモータ１５の内部構造を示す図である。即ちこの例において上記軸受潤滑方式と相違する点は、開口３５に配管５９を接続してその他端をモータハウジング１５ｃ内に導入し、且つ配管５９中に媒体排出停止弁６１を取り付けた点である。そして停電時あるいは媒体ポンプ２７異常時に、媒体排出停止弁６１を閉じ、軸受室３３からの混合媒体排出を止める。これによって、混合媒体から冷媒が蒸発していっても、粘性が軸受２３に残り、軸受２３の潤滑を確保することができる。なおこの媒体排出停止弁６１に加えて上記図３に示すアキュムレータ５７を設け、混合媒体の供給確保もするようにしても良い。

〔第２実施形態〕
図５は本発明の第２実施形態を用いて構成される圧縮式冷凍装置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に示す実施形態と同じである。この実施形態において第１実施形態と相違する点は、第１実施形態で設置した媒体タンク２５と、センサ５１及び制御装置５３からなる液面制御手段５５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６３を設け、モータ１５から配管２９ａを介して補助凝縮器６３に集められた混合媒体を媒体ポンプ２７でモータ１５と軸受２３とに供給するように構成した点である。この補助凝縮器６３は、軸受２３及びモータ１５で使用した冷媒蒸気を含む混合媒体を受け入れて冷却・凝縮し、媒体ポンプ２７に供給するものである。

この実施形態においても、軸受２３の潤滑・冷却と、モータ１５の冷却とに用いる媒体は同じ混合媒体とし、１台の媒体ポンプ２７で両者に供給しており、また媒体には冷凍サイクルで循環している冷媒と同じ冷媒と潤滑油の混合媒体を用いている。また混合媒体供給量は、発熱量に相当する媒体量（発熱／潜熱）の２〜５倍程度としている。

発熱部（軸受２３及びモータ１５）を冷却した冷媒は蒸発するが、蒸発した冷媒蒸気は未蒸発の混合媒体と共に、モータ１５下部の補助凝縮器６３に戻り、冷却・凝縮する。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６３の温度で決まってくるが、補助凝縮器６３の温度が、圧縮式冷凍装置１−２の負荷には余り影響されることはなく、圧力の急変を避けることができる。

モータ１５内部の冷媒は、冷媒サイクル系と、羽根車１３ａとロータ１５ａの軸２２の貫通部の小さな隙間（ラビリンスシール）でつながっており、長期の運転でモータ１５側の混合媒体に増減が生じる。モータ１５側の混合媒体の過剰時は、モータ１５上部から冷媒蒸気を圧力調節弁４３を通して凝縮器１７（あるいは蒸発器１１）などの冷媒循環系に戻し（潤滑油が冷媒循環系に入らないように冷媒蒸気の形で戻している）、不足時には凝縮器１７下部から媒体ポンプ２７の吸込側に冷媒量調節弁４５を通して冷媒液を供給する。

なおこの実施形態においては、第１実施形態に示すインバータ３１及びインバータ３１冷却用の配管２９ｅを省略しているが、第１実施形態と同様に設置しても良い（以下の第３，第４実施形態でも同様である）。

〔第３実施形態〕
図６は本発明の第３実施形態を用いて構成される圧縮式冷凍装置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に示す実施形態と同じである。この実施形態において第１実施形態と相違する点は、第１実施形態で設置した媒体タンク２５をモータハウジング１５ｃの下部に一体に取り付け、これによって第１実施形態で用いた配管２９ａを省略し、また配管２９ｄの途中に設けた媒体冷却器６５によって軸受２３に供給する混合媒体を蒸発器温度に蒸発する冷媒液で冷却する構成とし、混合媒体を過冷却して軸受２３への噴射部で蒸発しにくくすると共に、その粘性を増加し、より効果的に軸受２３の潤滑と冷却とを図ったものである。

〔第４実施形態〕
図７は本発明の第４実施形態を用いて構成される圧縮式冷凍装置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１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に示す実施形態と同じである。この実施形態は本発明をエコノマイザー付きの圧縮式冷凍装置１−４に適用した例を示している。この実施形態において第１実施形態と相違する点は、前記第３実施形態と同様に、第１実施形態で設置した媒体タンク２５をモータハウジング１５ｃの下部に一体に取り付け、これによって第１実施形態で用いた配管２９ａを省略した点と、凝縮器１７と蒸発器１１の間の冷媒配管２１中にエコノマイザー６７を設置することでエコノマイザー付きの冷凍サイクルとし、配管２９ｄの途中で軸受２３に供給する混合媒体をエコノマイザー６７で過冷却する（即ちエコノマイザー６７を媒体冷却器として利用する）構成とし、混合媒体を過冷却して軸受２３への噴射部で蒸発しにくくすると共に、その粘性を増加し、より効果的に軸受２３の潤滑と冷却とを図ったものである。エコノマイザー６７は多段エコノマイザーで構成しても良い。

〔第５実施形態〕
図８は本発明の第５実施形態を用いて構成される圧縮式冷凍装置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に冷凍サイクルからの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に、混合媒体液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循環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６９を経由して圧縮機１３の吸込部の液溜まり部１３ｂに導くように配管７１を接続すると共に、油回収熱交換器６９を通る前記冷媒を、凝縮器１７から蒸発器１１へ向かう配管７３中の冷媒にて加熱するように構成されている。即ち凝縮器１７から配管７３を通して蒸発器１１に導入される冷媒により、配管７１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１３ｂに溜まり、回収される。蒸発器１１から油回収熱交換器６９への冷媒流量は、蒸発後の過熱度を過熱度検出手段７５で検出し、バルブ７７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７３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１３ｂの液は、その油濃度が高いと判断されたときなどに、液溜まり部１３ｂと配管２９ａとを連結する配管７９に設置したポンプ８１によって、軸受２３及びモータ１５を冷却・潤滑する混合媒体循環系に戻される。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。なお回収された混合媒体を混合媒体循環系に戻す構成は上記構成以外の各種構成としても良い。圧縮機１３の吸込部の液溜まり部１３ｂに混合媒体が溜まりすぎると、前記液溜まり部１３ｂと蒸発器１１とを連結する配管８７によって余分な溶液は蒸発器１１に戻すようにする。図８では液溜まり部１３ｂの混合媒体が配管８７にオーバーフローするようにしている。なお配管８７の途中に液シール部８９を設け、冷媒の逆流を防いでいる。

〔第６実施形態〕
図９は本発明の第６実施形態を用いて構成される圧縮式冷凍装置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に示す実施形態と同じである。この圧縮式冷凍装置１−６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８３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８３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８３は発電機（動力回収機）８５を具備し、この発電機８５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。

図１０は冷媒（Ｒ２４５ｆａ）と潤滑油（ＰＯＥ）の混合媒体の温度に対する冷媒濃度と冷媒圧力との関係を示す図である。また図１１は圧力表示に代えて、デューリング線図で冷媒温度と混合媒体の平衡関係を示した図である。冷媒濃度が４０％を超えてくると、混合媒体の沸点上昇は小さくなり、モータ冷却媒体として利用することができる。図１２は混合溶液の粘度を示す図である。図中二点鎖線は補間値である。運転中の粘度は冷媒よりは粘性が高い。また混合媒体の供給が少なくても、軸受２３で冷媒が蒸発すると残りの媒体濃度が上昇し、粘度が高くなる。

本発明ではモータ冷却系で使用する混合媒体の冷媒濃度（循環系の平均濃度）は５０％以上が望ましい。冷媒濃度が７５％を超えて利用する場合、粘性が低くなるので、転がり軸受にはセラミックボールを利用するのが好ましい。

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構造や材質であっても、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。 軸受潤滑方式を変形した羽根車１３ａ及びモータ１５の内部構造を示す図である。 軸受潤滑方式を変形した羽根車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。 冷媒（Ｒ２４５ｆａ）と潤滑油（ＰＯＥ）の混合媒体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。 デューリング線図で冷媒温度と混合媒体の平衡関係を示した図である。 混合媒体の粘度を示す図である。

符号の説明

１−１ 圧縮式冷凍装置
１１ 蒸発器
１３ 圧縮機
１３ａ 羽根車
１５ モータ
１５ａ ロータ
１７ 凝縮器
１９ 膨張機
２１ 冷媒配管
２２ 軸
２３ 軸受
２５ 媒体タンク
２７ 媒体ポンプ
２９ａ〜ｅ 配管
３１ インバータ
３７ 均圧管
３９ 冷媒液供給配管
４３ 圧力調節弁
４５ 冷媒液調節弁
５７ アキュムレータ（媒体保持部）
６１ 媒体排出停止弁
１−２ 圧縮式冷凍装置
６３ 補助凝縮器
１−３ 圧縮式冷凍装置
６５ 媒体冷却器
１−４ 圧縮式冷凍装置
６７ エコノマイザー（媒体冷却器）
１−５ 圧縮式冷凍装置
１−６ 圧縮式冷凍装置

Claims (7)

1. モータにより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、
   前記冷媒と潤滑油の混合媒体を前記圧縮機の軸受及びモータに供給して軸受の潤滑及び冷却とモータの冷却とを行わせる媒体ポンプと、
   前記軸受及びモータで使用した混合媒体を受け入れて蓄え、前記媒体ポンプに供給する媒体タンクとを具備し、
   前記モータと凝縮器とを連通する均圧管を設け、
   さらに凝縮器から媒体ポンプ吸込側に冷媒液を供給する冷媒液供給配管を設けたことを特徴とする圧縮式冷凍装置。
2. 前記均圧管に、モータと凝縮器との連通を遮断又は制限する圧力調節弁を設けたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮式冷凍装置。
3. 前記冷媒液供給配管に、前記凝縮器から媒体ポンプ吸込側に供給する冷媒液の量を調節する冷媒液調節弁を設けた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. モータにより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、
   前記冷媒と潤滑油の混合媒体を前記圧縮機の軸受及びモータに供給して軸受の潤滑及び冷却とモータの冷却とを行わせる媒体ポンプと、
   前記軸受及びモータで使用した冷媒蒸気を含む混合媒体を受け入れて冷却・凝縮し、前記媒体ポンプに供給する補助凝縮器とを具備することを特徴とする圧縮式冷凍装置。
5. 前記媒体ポンプから軸受に媒体を供給する配管に、媒体を冷却する媒体冷却器を設けたことを特徴とする請求項１乃至４の内の何れかに記載の圧縮式冷凍装置。
6. 前記媒体ポンプから軸受に媒体を供給する配管中に、媒体を所定量保持しておく媒体保持部を設けたことを特徴とする請求項１乃至５の内の何れかに記載の圧縮式冷凍装置。
7. 前記軸受からの媒体排出を停止させる媒体排出停止弁を設けたことを特徴とする請求項１乃至６の内の何れかに記載の圧縮式冷凍装置。

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