JP2009204261A - ターボ冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】複数台のターボ冷凍機を無駄なスペースをとることなく可及的に直方体形状に近づけて隣接配置ないし段済みすることができるターボ冷凍機を提供する。
【解決手段】凝縮器５および蒸発器９は、それぞれが略円筒形状とされるとともに、軸線を略水平方向に延在させた状態で、互いに側方に隣り合うようにかつ凝縮器５が蒸発器９に対して高くなるように配置されている。相対的に高い位置に配置された凝縮器５の下方に、サブクーラ７および中間冷却器６が配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ターボ冷凍機に関し、特にターボ圧縮機、凝縮器、蒸発器等の各構成機器の配置に関するものである。

半導体製造工場に用いられる冷却水の冷却用として、または地域冷暖房の熱源用としてターボ冷凍機が用いられている。このターボ冷凍機は、ターボ圧縮機、凝縮器、蒸発器といった構成機器を近傍に配置して一体とし、ユニット化されたものが知られている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２０００−２９２０１１号公報 特開平４−８０５５６号公報

このようにユニット化されたターボ冷凍機は、主要機器が集約して配置されているのである程度はコンパクトに配置されているものの、複数のターボ冷凍機を保管する際や輸送の際に隣接配置したり段積みしたりすることを想定すると十分に満足のいく配置とはなっていなかった。
例えば、冷媒配管や冷却水配管、潤滑油の給排油配管等がターボ冷凍機の側面や上面等からはみ出した形状となっており、ターボ冷凍機を側方や上下に隣接配置する際に所定の隙間を設けざるを得ないことがある。これでは、保管時や輸送時にスペースを無駄に使用することになるので、輸送効率が低下してしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、複数台のターボ冷凍機を無駄なスペースをとることなく可及的に直方体形状に近づけて隣接配置ないし段済みすることができるターボ冷凍機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、本発明のターボ冷凍機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冷凍機は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、該凝縮器にて凝縮された液冷媒に対して過冷却を与えるサブクーラと、該サブクーラからの液冷媒を膨張させる高圧膨張弁と、該高圧膨張弁に接続されるとともに前記ターボ圧縮機の中間段および低圧膨張弁に接続される中間冷却器と、低圧膨張弁により膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、これらターボ圧縮機、凝縮器、サブクーラ、中間冷却器および蒸発器を近傍に配置して一体としたターボ冷凍機において、前記凝縮器および前記蒸発器は、それぞれが略円筒形状とされるとともに、軸線を略水平方向に延在させた状態で、互いに側方に隣り合うようにかつ一方が他方に対して高さが異なるように配置され、相対的に高い位置に配置された前記凝縮器または前記蒸発器の下方に、前記サブクーラおよび／または前記中間冷却器が配置されていることを特徴とする。

凝縮器と蒸発器の高さを異なるように配置することにより、相対的に高い位置とした凝縮器または蒸発器の下方にはスペースが形成される。この下方のスペースにサブクーラおよび／または中間冷却器を配置したので、凝縮器または蒸発器の側方にはみ出すことなくサブクーラおよび／または中間冷却器を配置することができる。これにより、ターボ冷凍機の側部に突出する構造を排除することができ、ターボ冷凍機の設置スペースを節約することができる。

さらに、本発明のターボ冷凍機では、前記凝縮器と前記サブクーラとを連結する配管、前記サブクーラと前記中間冷却器とを接続する配管、および前記中間冷却器と前記蒸発器とを連結する配管が、前記凝縮器および前記蒸発器を平面視した場合に、これら凝縮器および蒸発器の外形状を包囲する外形領域の内側に配置されていることを特徴とする。

凝縮器および蒸発器を平面視した場合に、これら凝縮器および蒸発器の外形状を包囲する外形領域の内側に、凝縮器とサブクーラとを連結する配管、サブクーラと中間冷却器とを接続する配管、および中間冷却器と蒸発器とを連結する配管を配置したので、ターボ冷凍機の外形状を略長方形に保つことができる。これにより、各機器を一体としてユニット化したターボ冷凍機の外形状を直方体に近づけることができ、ターボ冷凍機の設置スペースを節約することができる。

さらに、本発明のターボ冷凍機では、前記サブクーラに導かれた冷媒を冷却する冷却配管が、前記外形領域の内側に配置されていることを特徴とする。

サブクーラには、サブクーラ内の冷媒を冷却するための冷却配管（冷却水配管）が接続されている。この冷却配管が外形領域の内側に配置されているので、ターボ冷凍機の外形状を直方体形状に近づけることができる。

さらに、本発明のターボ冷凍機では、前記ターボ圧縮機に供給される潤滑油を貯留する潤滑油タンクが、相対的に高い位置に配置された前記凝縮器または前記蒸発器の下方に配置され、前記潤滑油タンクと前記ターボ圧縮機との間を接続する給油配管および排油配管が、前記外形領域の内側に配置されていることを特徴とする。

相対的に高い位置とした凝縮器または蒸発器の下方に形成されたスペースに、潤滑油タンクを配置したので、凝縮器または蒸発器の側方にはみ出すことなく潤滑油タンクを配置することができる。
また、給油配管および排油配管が外形領域の内側に配置されているので、ターボ冷凍機の外形状を直方体形状に近づけることができる。

さらに、本発明のターボ冷凍機では、前記ターボ圧縮機は、相対的に低い位置に配置された前記凝縮器または前記蒸発器の上方に配置され、前記ターボ圧縮機へ駆動電力を供給するインバータユニットが、相対的に高い位置に配置された前記凝縮器または前記蒸発器の上方に配置され、前記ターボ圧縮機の上端と前記インバータユニットの上端は、略同じ高さとされていることを特徴とする。

ターボ圧縮機を相対的に高い位置に配置された凝縮器または蒸発器の上方に配置し、インバータユニットを相対的に低い位置に配置された凝縮器または蒸発器の上方に配置し、そして、ターボ圧縮機の上端とインバータユニットの上端を略同じ高さとしたので、ターボ冷凍機を正面視した場合に、略長方形とすることができる。これにより、各機器を一体としてユニット化したターボ冷凍機の外形状を直方体に近づけることができ、ターボ冷凍機の設置スペースを節約することができる。

本発明によれば、平面視した場合に外形状からはみ出さないようにサブクーラや中間冷却器、各種配管を配置したので、ターボ冷凍機を可及的に直方体形状に近づけることができる。これにより、複数台のターボ冷凍機を隣接配置ないし段済みする際に、無駄なスペースをとることなく行うことができる。

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。
以下、本発明の一実施形態について、図１乃至図３を用いて説明する。
図１乃至図３には、本実施形態にかかるターボ冷凍機１の概略構成図が示されている。図１は平面図、図２は正面図、図３は側面図となっている。
ターボ冷凍機１は、ガス冷媒を圧縮するターボ圧縮機３と、ターボ圧縮機３で圧縮されたガス冷媒を凝縮液化させる凝縮器５と、凝縮器５において凝縮された液冷媒に対して過冷却をつけるサブクーラ７と、サブクーラ７から導かれた液冷媒を膨張させる高圧膨張弁４ａと、高圧膨張弁から導かれる液冷媒を一時貯留して中間冷却を行う中間冷却器６と、中間冷却器６から導かれる液冷媒を膨張させる低圧膨張弁４ｂと、低圧膨張弁において膨張させられた液冷媒を蒸発させる蒸発器９とを備えている。
さらに、ターボ冷凍機１は、ターボ圧縮機３に供給される潤滑油を貯留する潤滑油タンク８と、前記ターボ圧縮機へ駆動電力を供給するインバータユニット１０と、制御部を備えた操作盤（制御盤）１２を備えている。
ターボ冷凍機１は、ターボ圧縮機３、凝縮器５、サブクーラ７、中間冷却器６、高圧膨張弁４ａ、低圧膨張弁４ｂ、蒸発器９、潤滑油タンク８、インバータユニット１０、操作盤１２といった機器が近傍に一体に配置され、ユニット化されている。

ターボ圧縮機３は、遠心羽根車を備えており、この遠心羽根車によってガス冷媒は圧縮される。ターボ圧縮機３は、インバータユニット１０によって駆動される電動機１１を備えており、遠心羽根車は電動機１１によって増速機（図示せず）を介して回転駆動される。電動機１１の回転数は、操作盤１２の指令によって決定される。この操作盤１２は、高圧膨張弁および低圧膨張弁の開度、ターボ圧縮機３のガス冷媒吸込口に設けたインレットガイドベーン（図示せず）等を制御する。
ターボ圧縮機３は、その軸線を略水平方向に延在させた状態で蒸発器９の上方に配置されている（例えば図２及び図３参照）。また、図３から分かるように、ターボ圧縮機３は、ターボ冷凍機１の一側（図２では右側）に配置されている。
ターボ圧縮機３には、圧縮後の吐出冷媒を凝縮器５へと導くための吐出配管３０と、蒸発器からのガス冷媒を吸い込む吸込配管３２が接続されている。
吐出配管３０は、図３に示されているように、ターボ圧縮機３の下部から下方を向く吐出口３４に接続され、略直角に屈曲する屈曲配管３６と、凝縮器側吐出配管３８とを備えている。凝縮器側吐出配管３８は、凝縮器５の側部に設けられ、略水平方向に側方を向くように取り付けられている。凝縮器側吐出配管３８と屈曲配管３６との間、及び、屈曲配管３６と吐出口３４との間には、フランジ継手４０ａ，４０ｂとなっている。

凝縮器５は、略円筒形状とされるとともに、軸線を略水平方向に延在させた状態で配置されている。凝縮器５は、軸線方向における両側に設けられた管板２５によって支持されるようになっている。管板２５は、支持脚２９（図３参照）によって下方から支持されている。
凝縮器５の一端（図１及び図２において左端）には、冷却水ノズル１５（図１及び図２参照）が設けられており、この冷却水ノズル１５から導かれる冷却水によって凝縮器５内の冷媒から凝縮熱が除去される。冷却水ノズル１５からさらに冷却水を分岐するように、サブクーラ用冷却水配管１７が設けられている。このサブクーラ用冷却水配管１７によって冷却水がサブクーラ７へも導かれるようになっている。

蒸発器９は、略円筒形状とされるとともに、軸線を略水平方向に延在させた状態で配置されている。蒸発器９は、軸線方向における両側に設けられた管板２６によって支持されるようになっている。
図１に示されているように、蒸発器９と凝縮器５は、互いに隣り合うように配置されている。また、図３に示されているように、蒸発器９は、凝縮器５に対して相対的に低い位置に配置されている。したがって、ターボ圧縮機３は、相対的に低い位置に配置された蒸発器９の上方に配置されていることになる。
蒸発器９の一端（図１及び図２において左端）には、冷水ノズル１３が設けられている。この冷水ノズル１３から導かれた冷水を蒸発器９内に挿入された伝熱管に流通させ、蒸発器９において得られる冷熱によって伝熱管内を流れる水が冷却されることにより、冷水が得られるようになっている。得られた冷水は、空調に用いられる場合には、建物内の各居室に設置された室内機へと送られ、当該居室内の室内空調に利用される。

サブクーラ７は、図２及び図３に示されているように、凝縮器５の下方に配置されている。また、サブクーラ７には、上述したサブクーラ用冷却水配管１７が接続されている。サブクーラ７には、凝縮器５から液冷媒を導く液冷媒配管１９と、高圧膨張弁４ａを介して中間冷却器６へと冷媒を導くサブクール液配管２０が接続されている。
図１から分かるように、サブクーラ７、サブクーラ用冷却水配管１７、液冷媒配管１９、サブクール液配管２０、高圧膨張弁４ａは、凝縮器５の下方に収容されており、凝縮器５の側部によって形成されるターボ冷凍機１の側部から外側にはみ出すことがないようになっている。すなわち、これらサブクーラ７等は、ターボ冷凍機１を平面視した場合に、これら凝縮器５および蒸発器９の外形状を包囲する外形領域の内側に配置されている。これにより、ターボ冷凍機１の形状を直方体形状に近づけることができる。

中間冷却器６は、図１乃至図３に示されているように、凝縮器５の下方に配置されている。中間冷却器６には、図１に示されているように、高圧膨張弁４ａによって膨張された後の冷媒を導くサブクール液配管２０と、低圧膨張弁４ｂを介して蒸発器９へと液冷媒を導く中間冷却器用液冷媒配管２２と、中間冷却器６の気相部からガス冷媒をターボ圧縮機３の中間段へと導く中間冷却器用ガス冷媒配管２４（図１参照）が接続されている。
図１から分かるように、中間冷却器６、低圧膨張弁４ｂ、中間冷却器用液冷媒配管２２は、凝縮器５の下方に収容されており、凝縮器５の側部によって形成されるターボ冷凍機１の側部から外側にはみ出すことがないようになっている。すなわち、これら中間冷却器６等は、ターボ冷凍機１を平面視した場合に、これら凝縮器５および蒸発器９の外形状を包囲する外形領域の内側に配置されている。これにより、ターボ冷凍機１の形状を直方体形状に近づけることができる。

インバータユニット１０は、図３に示されているように、凝縮器５の上方に配置されている。
インバータユニット１０は、内部にインバータ素子等のパワー素子を備えており、内部に設けられた冷却ファン（図示せず）によって強制対流冷却されるようになっている。したがって、インバータユニット１０の筐体の側面には吸気口２７が設けられ、さらに、筐体の上面には排気口２８（図１参照）が設けられている。
図２に示されているように、インバータユニット１０の筐体は、側面視した場合に縦寸法よりも横寸法が長い形状とされている。すなわち、インバータユニット１０は、従来のような縦配置と異なり、横配置とされている。
インバータユニット１０と、ターボ圧縮機３の接続端子台（動力配線接続部）４２との間には、電力を供給するための動力配線４４が設けられている。図１に示されているように、インバータユニット１０の動力配線接続部と、ターボ圧縮機３の接続端子台４２とが対向して近い位置に配置されているので、動力配線４４が短くて済み、取り回しが簡便なようになっている。
図３に示されているように、ターボ冷凍機１を正面視すると、インバータユニット１０の上端と、ターボ圧縮機３の上端とが略同じ高さとなっている。これにより、ターボ冷凍機１の形状を直方体形状に近づけることができる。

操作盤１２は、図１に示されているように、蒸発器９の上方に配置されている。また、操作盤１２は、インバータユニット１０から遠い位置になるように、蒸発器９の左端側でかつ外側方に位置されている。このように、操作盤１２をインバータユニット１０から遠ざけることにより、インバータユニット１０から発生するノイズが操作盤１２内に入り込まない配置とされている。したがって、インバータユニット１０についても、図１に示したように、凝縮器５の外側方に位置させることが好ましい。

潤滑油タンク８は、図２に示されているように、凝縮器５の下方に位置されており、ブラケット４８を介して凝縮器５に対して固定されている。
潤滑油タンク８には、ターボ圧縮機３の下部から潤滑油を排油する排油配管５０（図３参照）と、ターボ圧縮機３の軸受や増速機へと潤滑油を供給する給油配管５２（図１参照）が接続されている。排油配管５０は、図３に示されているように、凝縮器５と蒸発器９との間を通過するように設けられている。
図１及び図３から分かるように、潤滑油タンク８は凝縮器５の下方に収容されており、排油配管５０、給油配管５２は、凝縮器５及び蒸発器９の外形状を包囲する外形領域の内側に設けられており、ターボ冷凍機１の側部から外側にはみ出すことがないようになっている。すなわち、これら潤滑油タンク８等は、ターボ冷凍機１を平面視した場合に、これら凝縮器５および蒸発器９の外形状を包囲する外形領域の内側に配置されている。これにより、ターボ冷凍機１の形状を直方体形状に近づけることができる。

次に、上記構成のターボ冷凍機１の動作について説明する。
図１に示すように、冷媒は、ターボ圧縮機３によって圧縮され、凝縮器５に送られる。凝縮器５へと送られた冷媒は、冷却水ノズル１５から導入される冷却水によって冷却されて凝縮する。

凝縮器５において凝縮された液冷媒は、液冷媒配管１９を介してサブクーラ７へと送られ、サブクーラ用冷却水配管１７によって導かれた冷却水によって冷却されて過冷却が付けられる。サブクーラ７にて過冷却が付けられた液冷媒は、高圧膨張弁４ａによって絞られた後に、中間冷却器６へと送られる。絞られて蒸発したガス冷媒は、中間冷却器用ガス冷媒配管２４を介して中間冷却器６から圧縮機３の中間段へと送られる。一方、蒸発せずに中間冷却器６内に貯留された液冷媒は、低圧膨張弁４ｂによって膨張させられ、蒸発器９へと送られる。蒸発器９へと送られた冷媒は、蒸発器９において蒸発する。冷媒が蒸発する際に持ち去る熱量によって冷熱が得られる。この冷熱は、蒸発器９の伝熱管内を流れる冷水に与えられ、この冷水は冷却されることになる。冷温水ノズル１３から得られる冷水は、７℃程度の温度である。この冷水は、例えば、各室内機へと供給され、室内空調に用いられる。
蒸発器９において蒸発した冷媒は、吸込配管３２を介してターボ圧縮機３へと戻り再び圧縮される。

本実施形態のターボ冷凍機１によれば、以下の効果を奏する。
凝縮器５と蒸発器９の高さを異なるように配置することにより、相対的に高い位置とした凝縮器５の下方にはスペースが形成され、このスペースにサブクーラ７および中間冷却器６を配置したので、凝縮器５の側方にはみ出すことなくサブクーラ７および中間冷却器６を配置することができる。これにより、ターボ冷凍機１の側部に突出する構造を排除することができ、ターボ冷凍機１の設置スペースを節約することができ、複数のターボ冷凍機１をスペース効率よく隣接配置ないし段済みすることができる。
また、凝縮器５および蒸発器９を平面視した場合に、これら凝縮器５および蒸発器９の外形状を包囲する外形領域の内側に、凝縮器５とサブクーラ７とを連結する液冷媒配管１９、サブクーラ７と中間冷却器６とを接続するサブクール液配管２０、および中間冷却器６と蒸発器９とを連結する中間冷却器用液冷媒配管２２を配置したので、ターボ冷凍機１の外形状を略長方形に保つことができる。これにより、各機器を一体としてユニット化したターボ冷凍機１の外形状を直方体に近づけることができ、ターボ冷凍機１の設置スペースを節約することができる。
また、サブクーラ７に接続されたサブクーラ用冷却水配管１７を外形領域の内側に配置することとしたので、ターボ冷凍機１の外形状を直方体形状に近づけることができる。
また、相対的に高い位置とした凝縮器５の下方に形成されたスペースに、潤滑油タンク８を配置したので、凝縮器５の側方にはみ出すことなく潤滑油タンク８を配置することができる。
また、給油配管５２および排油配管５０が外形領域の内側に配置されているので、ターボ冷凍機１の外形状を直方体形状に近づけることができる。
また、ターボ圧縮機３を相対的に高い位置に配置された凝縮器５の上方に配置し、インバータユニット１０を相対的に低い位置に配置された蒸発器９の上方に配置し、そして、ターボ圧縮機３の上端とインバータユニット１０の上端を略同じ高さとしたので、ターボ冷凍機１を側面視した場合に、略長方形とすることができる。これにより、各機器を一体としてユニット化したターボ冷凍機１の外形状を直方体に近づけることができ、ターボ冷凍機１の設置スペースを節約することができ、複数のターボ冷凍機１をスペース効率よく隣接配置ないし段済みすることができる。

なお、本実施形態では、蒸発器９の上方にターボ圧縮機３を配置し、凝縮器５の上方にインバータユニット１０を配置するとともに、凝縮器５の下方にサブクーラ７、中間冷却器６及び潤滑油タンク８を配置する構成としたが、凝縮器５と蒸発器９の位置を互いに入れ替えた構成としてもよい。

本発明の一実施形態にかかるターボ冷凍機を示した平面図である。 本発明の一実施形態にかかるターボ冷凍機を示した正面図である。 本発明の一実施形態にかかるターボ冷凍機を示した側面図である。

符号の説明

１ ターボ冷凍機
３ ターボ圧縮機
４ａ 高圧膨張弁
４ｂ 低圧膨張弁
５ 凝縮器
６ 中間冷却器
７ サブクーラ
８ 潤滑油タンク
９ 蒸発器
１０ インバータユニット
１１ 電動機
１３ 冷水ノズル
１５ 冷却水ノズル
１７ サブクーラ用冷却水配管
１９ 液冷媒配管
２０ サブクール液配管
２２ 中間冷却器用液冷媒配管
２４ 中間冷却器用ガス冷媒配管
５０ 排油配管
５２ 給油配管

Claims (5)

1. 冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、該凝縮器にて凝縮された液冷媒に対して過冷却を与えるサブクーラと、該サブクーラからの液冷媒を膨張させる高圧膨張弁と、該高圧膨張弁に接続されるとともに前記ターボ圧縮機の中間段および低圧膨張弁に接続される中間冷却器と、低圧膨張弁により膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器とを備え、これらターボ圧縮機、凝縮器、サブクーラ、中間冷却器および蒸発器を近傍に配置して一体としたターボ冷凍機において、
   前記凝縮器および前記蒸発器は、それぞれが略円筒形状とされるとともに、軸線を略水平方向に延在させた状態で、互いに側方に隣り合うようにかつ一方が他方に対して高さが異なるように配置され、
   相対的に高い位置に配置された前記凝縮器または前記蒸発器の下方に、前記サブクーラおよび／または前記中間冷却器が配置されていることを特徴とするターボ冷凍機。
2. 前記凝縮器と前記サブクーラとを連結する配管、前記サブクーラと前記中間冷却器とを接続する配管、および前記中間冷却器と前記蒸発器とを連結する配管が、前記凝縮器および前記蒸発器を平面視した場合に、これら凝縮器および蒸発器の外形状を包囲する外形領域の内側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のターボ冷凍機。
3. 前記サブクーラに導かれた冷媒を冷却する冷却配管が、前記外形領域の内側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のターボ冷凍機。
4. 前記ターボ圧縮機に供給される潤滑油を貯留する潤滑油タンクが、相対的に高い位置に配置された前記凝縮器または前記蒸発器の下方に配置され、
   前記潤滑油タンクと前記ターボ圧縮機との間を接続する給油配管および排油配管が、前記外形領域の内側に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のターボ冷凍機。
5. 前記ターボ圧縮機は、相対的に低い位置に配置された前記凝縮器または前記蒸発器の上方に配置され、
   前記ターボ圧縮機へ駆動電力を供給するインバータユニットが、相対的に高い位置に配置された前記凝縮器または前記蒸発器の上方に配置され、
   前記ターボ圧縮機の上端と前記インバータユニットの上端は、略同じ高さとされていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のターボ冷凍機。

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