JP2008506882A - 蒸気圧縮装置圧縮機のオイル分離器 - Google Patents

Abstract

遷臨界蒸気圧縮装置が、冷媒からオイルを分離するオイル分離器（３２）を含む圧縮機アセンブリ（１２）を備える。オイル分離器は、蒸気圧縮装置の亜臨界部分における、モータ（２６）と圧縮室（２８）との間に配置される。モータに取り付けられた駆動アセンブリから放出されたオイルは、圧縮機の圧縮室に流入する前に冷媒から実質的に除去される。

Description

本発明は概ね蒸気圧縮装置のための圧縮機、特にオイル分離器を含む蒸気圧縮機装置のための圧縮機に関する。

圧縮機はポンプ機構を駆動して流体を圧縮するためのモータを使用し、そのため、一般的に摺動面の間の摩擦を軽減するための潤滑油を含む。密封式または半密封式の圧縮機では、電動モータが駆動系アセンブリを介してポンプ機構を駆動する。蒸気圧縮装置からの冷媒はモータや駆動系の一部の周りを流れる。潤滑油は、一般的に駆動系の一部の周りを通流して摺動面を潤滑する。

主な潤滑油流路は大部分が冷媒流路から隔離されているが、それでも一部の潤滑油が冷媒と混合するおそれがある。冷媒と混合した潤滑油は、蒸気圧縮装置の効率と信頼性を低下させるおそれがある。冷媒流とともに運ばれる潤滑油は伝熱を妨げ、熱交換器の効率を低下させる。その上、冷媒とともに運ばれる潤滑油は小さな孔を塞ぎ、エキスパンダなどのシステム部品の性能を阻害する。さらに、冷媒とともに運ばれる潤滑油は圧縮装置内の好ましくない、もしくは予期せぬ箇所に蓄積して、圧縮機内の摩擦や磨耗を軽減するために利用される潤滑油を減少させ、これにより信頼性を低下させる。

遷臨界（ｔｒａｎｓｃｒｉｔｉｃａｌ）蒸気圧縮装置は、超臨界状態で圧縮機を出る冷媒を含む。冷媒は低圧状態で圧縮機に入り、一般的に電動モータ上を流れて、モータの冷却とその動作温度の低下を助ける。駆動系からのオイルは冷媒と混合して、冷媒とともに圧縮室へ入る。冷媒からオイルを分離するにはオイル分離装置を使用するのが一般的である。一般的にオイル分離装置は、システムの高圧部分における、圧縮室の後方で使用される。遷臨界装置においては、これは超臨界状態にある。オイル分離器は、一般的に蒸気圧縮装置の低圧、亜臨界部分のオイル溜めにオイルを戻すための通路を含む。この通路は蒸気圧縮装置内に常に漏れを発生させ、システム効率を低下させるおそれがある。

圧縮室の後方に配置されたオイル分離器は、比較的厚い壁と、高圧に対応するための高圧シールとを備える必要がある。さらに、特に二酸化炭素などの、超臨界状態の冷媒はきわめて可溶性である傾向がある。これによりオイルが超臨界状態の冷媒内で飽和状態となる。超臨界状態の冷媒内に飽和したオイルは効率的な除去が非常に困難である。蒸気圧縮装置の超臨界状態側にオイル分離器を使用することにより生じる問題のために、一部のシステムは全般的に臨界点を下回る運転に制限される。これによりシステムに利用される冷媒の種類が制限される可能性がある。

したがって、冷媒からオイルを分離するための低圧側オイル分離器を開発することが望ましい。

本発明は、冷媒が駆動モータを通過した後の、圧縮室に流入する前に、冷媒からオイルを分離する遷臨界蒸気圧縮装置の低圧オイル分離器を備えた圧縮機である。

冷媒として二酸化炭素を利用する遷臨界蒸気圧縮装置は、臨界点を上回る高圧と臨界点を下回る低圧との間を循環する。圧縮機アセンブリは、モータと、駆動アセンブリと、オイル分離器と、圧縮室と、オイル溜めと、を含む。冷媒は駆動モータの周りを流れて動作温度を低下させる。駆動アセンブリは、オイルによって潤滑される可動部品を含む。駆動アセンブリ内のオイルは、場合によっては冷媒と混ざる。

オイル分離器は、圧縮機モータの後の、圧縮室の前に配置される。この位置においては、臨界点を上回る圧縮の前にオイルが冷媒から除去される。冷媒が圧縮室に入る前に、冷媒と混合した実質的に全てのオイルをオイル分離器が分離する。オイル分離器で分離されたオイルは、遷臨界蒸気圧縮装置における低圧すなわち亜臨界部分のオイル溜めへと送られる。

したがって、本発明の圧縮機は、冷媒が圧縮室へ入る前に冷媒からオイルを除去する低圧側オイル分離器を含む。

図１を参照すると、遷臨界蒸気圧縮装置１０は、圧縮機１２と、熱交換器１４と、膨張弁１６と、蒸発器１８とを含む。ファン２０が、蒸発器１８にわたって送風を行うように設けられている。蒸気圧縮装置１０は、冷媒として二酸化炭素を使用することが好ましい。しかしながら、当業者に周知の他の冷媒も本発明の意図する範囲に含まれる。

蒸気圧縮装置１０内の冷媒は、臨界点を上回る温度および圧力で圧縮機１２の圧縮室２８を出る。冷媒は熱交換器１４を流れる。冷媒からの熱は、水または空気の加熱に使用する別の液状媒体に排熱される。高圧、高温の冷媒は、次に熱交換器１４から膨張弁１６へ移動する。膨張弁１６は、高圧および低圧間の冷媒の流れを調整する。

膨張弁１６を出た冷媒は、蒸発器１８へ流れる。蒸発器１８において冷媒は、外気から熱を吸収する。ファン２０は、蒸発器１８にわたって送風を行い、この過程の効率を向上させる。蒸発器１８を出た冷媒は、入口３４から圧縮機１２に流入する。冷媒はモータ２６の周囲を流れる。モータの周囲を流れる冷媒はモータ２６により発生した熱の一部を吸収してその動作温度を低下させる。

圧縮機１２の内部でモータ２６に接続された駆動系アセンブリ２５の可動部品は潤滑を必要とし、そのためオイルなどの潤滑油が供給される。冷媒流内にオイルが漏出しないように、この潤滑油がモータ２６に取り付けられた駆動系アセンブリ２５の中に保たれることが好ましい。しかし、場合によっては、一部のオイルがモータ２６の冷却に使用される冷媒と混合する。

本発明の圧縮機１２は、モータ２６と圧縮室２８との間に配置されたオイル分離器３２を含む。モータ２６を流れた冷媒は、オイル分離器３２に流入する。するとオイルが実質的に冷媒から除去されて、圧縮機１２内でモータ２６に取り付けられた駆動アセンブリ２５の可動部品を潤滑するために再利用するようにオイル溜め３０へと誘導される。実質的にオイルを含まない冷媒は、オイル分離器３２を出て圧縮室２８に流入する。オイル分離器３２は、吸着媒体、蛇行通路、遠心分離機、もしくはその他の装置を備えることが可能である。

図２を参照すると、本発明による圧縮機１２の断面図が示され、亜臨界状態の冷媒を流入させる入口３４と、超臨界状態の冷媒を流出させる出口３６と、を含む。冷媒は、モータ２６に隣接するように配置された流路５０を流れる。流路５０は、冷媒がモータ２６の周りを流れてモータ２６から放出される熱を吸収するように誘導する。流路５０は、冷媒が入口３４からモータ２６上を通って吸入プレナム４２へと流れるように誘導する。

流路５０は、モータ２６を取り巻くように環状であることが望ましい。モータ２６は少なくとも一つのベアリング４６に支持されたロータ４４を含む。ベアリング４６は摺動面の間の摩擦を制限もしくは排除する潤滑油を含む。オイル４８は、場合によっては、ベアリング４６を出ることが可能であり、流路５０内にオイル収容部５１を形成する。オイル収容部５１は実質的にベアリング４６に隣接して配置される。冷媒流内のオイルは、冷媒流内に残留が許される範囲で圧縮機１２の圧縮室２８に入り、冷媒とともにこの装置の高圧部へと流入する。

バルブプレート３８がクランクケース３９に取り付けられ、ヘッドカバー３７がバルブプレート３８に装着される。ガスケット４０が、クランクケース３９と、バルブプレート３８と、ヘッドカバー３７との間の接触面をシールする。吸入プレナム４２内にオイル分離器３２が配置されている。吸入プレナム４２は、バルブプレート３８内に画定された複数の通路４３と連通する。バルブプレート３８内の通路は、流路５０から吸入プレナム４２へと冷媒を連通させる。

吸入プレナム４２内には、吸着媒体４５が配置されている。吸着媒体４５は、望ましくは冷媒を通流させながらオイル液滴を捕捉する非常に多孔性の材料である。吸着媒体は多孔性の金属または合成材料である。オイル４８を含有する冷媒は、吸入プレナム４２を通して圧縮室２８へと流れる。冷媒内のオイルは分離され、吸着媒体４５の中に蓄積される。吸着媒体４５はオイルを集めてオイル溜めへと排出させる。吸入プレナム４２からオイル溜めへとオイルを連通させるようにオイル出口４１が設けられている。圧縮室２８の前の、遷臨界蒸気圧縮装置１０における亜臨界部分にオイル分離機３２を配置することにより、オイルを冷媒流からより効率的に除去することができる。

図３を参照すると、圧縮室２８およびクランクケース３９の拡大断面図が示される。吸入プレナム４２は吸着媒体４５を含む。

図４を参照すると、冷媒が通路４３を通って圧縮室２８に流入する前に、冷媒が集められる吸入プレナム４２を示す。冷媒は、入口４７を通して吸入プレナム４２に流入する。吸入プレナム４２は、吸着媒体４５が充填されている。冷媒が吸着媒体４５を透過する一方でオイルが吸着媒体４５の表面に集められる。オイルは出口４１を通してオイル溜め３０へと排出される。

図５は、本発明による圧縮機１２´の断面図である。圧縮機１２´は、モータ２６の周りを流れる冷媒を吸入プレナム４２へと誘導する通路５４を含む。通路５４は、オイル収容部５１から距離を置いて冷媒流路５０まで延在し、流路５０のオイル収容部５１から間隔を介した入口５６を含む。通路５４の入口５６は、冷媒流路５０のオイル収容部５１から間隔を介しているため、入口５６に流入する冷媒は、ベアリングアセンブリ４６から放出されうるオイルを含有しない。通路５４は、オイル収容部５１の冷媒を流路５０内の冷媒から隔離する。冷媒からオイル収容部５１を隔離することにより、オイル４８が圧縮室２８へ流入する冷媒と混合することを実質的に防ぐ。

運転時に冷媒は、亜臨界点で入口３４から流入してモータ２６の周りを流れる。冷媒は、環状流路５０内でモータ２６の周りを流れる。環状流路５０内の冷媒は、モータ２６から熱を吸収してその動作温度を低下させる。通路５４の入口５６は、冷媒がオイル収容部５１のオイルと混合される前にこの冷媒を吸入プレナム４２へと誘導するように、ベアリング４６から間隔を介する。したがって、実質的にオイルが圧縮室２８内に排出されないように、入口５６はベアリング４６から間隔を介する。

蒸気圧縮装置１０の亜臨界部分である、モータ２６の後の、圧縮室２８の前にオイル分離器３２を配置することにより、蒸気圧縮装置の超臨界部分でオイルを除去することによって生じる問題を伴うことなくオイルをより効率的に除去する。

以上の説明は例示的であって単なる材料仕様書ではない。本発明は実例となるように記載されたのであって、用語は限定的ではなく説明を意図するものであると理解すべきである。以上の教義を踏まえて、本発明の多くの修正および変形が可能である。本発明の好適な実施例が開示されたが、当業者であれば、特定の変更が本発明の範囲に含まれることが理解できるであろう。付記の請求項の範囲内において、本発明が明記された形以外で実施されうることを理解されたい。そのため、本発明の真の範囲と内容を判断するには付記の請求項を検討すべきである。

本発明による遷臨界蒸気圧縮装置の概略図。 本発明によるオイル分離器を含む圧縮機の断面図。 本発明による圧縮機の拡大断面図。 オイル吸着媒体を含む吸入プレナムの上面図。 本発明によるオイル隔離通路を含む圧縮機の断面図。

Claims (24)

1. 冷媒を収容する回路と、
   モータと、駆動系アセンブリと、圧縮室と、を備えた圧縮機と、
   前記モータと前記圧縮室との間に配置されたオイル分離器と、
   を備えてなる蒸気圧縮装置。
2. 前記オイル分離器内の前記冷媒の圧力が、前記圧縮室を出る冷媒の圧力よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮装置。
3. 前記冷媒が、二酸化炭素からなることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮装置。
4. 前記冷媒が、前記圧縮室を出る際には臨界点を上回り、前記オイル分離器内では前記臨界点を下回ることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮装置。
5. 前記蒸気圧縮装置が、遷臨界的であることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮装置。
6. 前記オイル分離器からオイルを受けるオイル溜めを備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮装置。
7. 前記オイル分離器が、吸着媒体を備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮装置。
8. 前記オイル分離器が、複数の蛇行通路を備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮装置。
9. 前記圧縮機が吸入プレナムを備え、前記オイル分離器が前記吸入プレナム内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮装置。
10. 前記オイル分離器が、吸着媒体を備えることを特徴とする請求項９に記載の蒸気圧縮装置。
11. 前記吸着媒体が、スチールフォームを備えることを特徴とする請求項１０に記載の蒸気圧縮装置。
12. 前記圧縮機が、前記モータによって生成された熱を吸収するように前記冷媒が通流する吸入流路を備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸気圧縮装置。
13. 冷媒を前記圧縮室へと誘導するように前記吸入流路へと延びる通路を備えるとともに、前記通路が、前記駆動アセンブリのオイルはけ口領域から間隔を介した入口を含むことを特徴とする請求項１２に記載の蒸気圧縮装置。
14. モータと、
    潤滑油を含んだ駆動アセンブリと、
    圧縮室と、
    前記モータに隣接するとともに、一部が前記駆動アセンブリからの潤滑油に露出される冷媒流路と、
    前記流路まで延在する冷媒用の通路であって、前記潤滑油に露出される前記流路の前記一部から間隔を介した入口を備えた通路と、
    を備えてなる遷臨界蒸気圧縮装置の圧縮機アセンブリ。
15. 前記冷媒が、二酸化炭素からなることを特徴とする請求項１４に記載の圧縮機アセンブリ。
16. 前記モータおよび前記駆動アセンブリが少なくとも一つのベアリングによって支持されたロータを備え、前記ベアリングが潤滑油を備え、前記入口が前記ベアリングから間隔を介することを特徴とする請求項１４に記載の圧縮機アセンブリ。
17. 前記流路が、前記モータを取り巻くように環状であることを特徴とする請求項１４に記載の圧縮機アセンブリ。
18. 前記通路と連通する入口と、前記圧縮室と連通する出口と、を含んだ吸入プレナムを備えることを特徴とする請求項１４に記載の圧縮機アセンブリ。
19. 前記冷媒からオイルを分離する吸着媒体を備えることを特徴とする請求項１８に記載の圧縮機アセンブリ。
20. 前記吸着媒体が、多孔性材料を備えることを特徴とする請求項１９に記載の圧縮機アセンブリ。
21. モータと、
    駆動アセンブリと、
    圧縮室と、
    前記圧縮室への冷媒用の通路を画定する吸入プレナムと、
    前記吸入プレナム内に配置されたオイル分離器と、
    を備えてなる遷臨界蒸気圧縮装置の圧縮機アセンブリ。
22. 前記オイル分離器が、吸着媒体を備えることを特徴とする請求項２１に記載の圧縮機アセンブリ。
23. 前記オイル分離器が、蛇行通路を備えることを特徴とする請求項２１に記載の圧縮機アセンブリ。
24. 前記圧縮室を出る冷媒が臨界点を上回り、前記圧縮室に入る冷媒が前記臨界点を下回ることを特徴とする請求項２１に記載の圧縮機アセンブリ。

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