JP2018135832A - 流体機械及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多段圧縮機の軸受に潤滑液を望ましい状態で供給できる技術を提供する。【解決手段】流体機械１ａは、多段圧縮機（６）と、圧力容器（１０）と、第一供給路（１１）と、ポンプ（１２）と、第一戻し路（１５）と、中間圧空間（２０）とを備える。多段圧縮機（６）は、第一圧縮機（６ａ）と、第二圧縮機（６ｂ）と、軸受（７）とを含む。圧力容器（１０）は、冷媒の主成分と同一種類の物質を主成分として含有している潤滑液を貯留する。第一供給路（１１）は、潤滑液を軸受（７）に供給するための流路である。ポンプ（１２）は第一供給路（１１）上に配置されている。第一戻し路（１５）は、軸受（７）を通過した潤滑液を圧力容器（１０）に戻すための流路である。中間圧空間（２０）は、中間圧の気体の冷媒によって満たされている。圧力容器（１０）の内部空間は中間圧空間（２０）の一部をなしている。【選択図】図１

Description

本開示は、流体機械及び冷凍サイクル装置に関する。

従来、水が冷媒として用いられる冷凍機において圧縮機の軸受に潤滑水を供給する技術が知られている。例えば、特許文献１には、冷凍機１００が記載されている。

図９に示す通り、冷凍機１００は、蒸発器１０２と、圧縮機１０４と、凝縮器１０６と、冷媒ガス導出ライン１０９と、冷却水ライン１１４と、冷却塔１１６と、冷却水ポンプ１１８と、潤滑水ポンプ１１１と、潤滑水供給ライン１３２と、潤滑水排出ライン１３４とを備えている。潤滑水回路は、凝縮器１０６と、冷却水ライン１１４と、冷却塔１１６と、冷却水ポンプ１１８と、潤滑水ポンプ１１１と、潤滑水供給ライン１３２と、圧縮機１０４と、潤滑水排出ライン１３４とによって構成されている。潤滑水供給ライン１３２は、圧縮機１０４の軸受等に潤滑剤である水を供給するためのものであり、圧縮機１０４の軸受等と冷却水ライン１１４における冷却塔１１６の下流部分とを接続している。冷却塔１１６から冷却水ライン１１４を通じて凝縮器１０６に戻される冷却水の一部が潤滑水供給ライン１３２を通じて潤滑水として圧縮機１０４に供給される。

また、ターボ冷凍機において液冷媒の一部をターボ圧縮機における軸受に供給する技術も知られている。例えば、特許文献２には、ターボ冷凍機３００が記載されている。

図１０に示す通り、ターボ冷凍機３００は、ターボ圧縮機３３０と、凝縮器３０２と、蒸発器３０５とを備えている。ターボ圧縮機３３０において遠心式羽根車３３１はインバータモータ３３２の出力軸３３３に固着されている。出力軸３３３は、ラジアル軸受３３９、ラジアル軸受３４０、スラスト軸受３４１、及びスラスト軸受３４２によって支持されている。蒸発器３０５の下部に形成された液溜り３４３内の飽和液冷媒は液冷媒ポンプ３４４により抽出される。飽和液冷媒は、液冷媒ポンプ３４４により過冷却状態になるように加圧された後、ラジアル軸受３３９、ラジアル軸受３４０、スラスト軸受３４１、又はスラスト軸受３４２に供給されてこれらを潤滑する。ラジアル軸受３３９、ラジアル軸受３４０、スラスト軸受３４１、又はスラスト軸受３４２を潤滑した後の液冷媒はその自重及び差圧によって蒸発器３０５に戻る。

特開２０１１−１９６１８５号公報 特開平１０−１３２３９５号公報

特許文献１及び２に記載の技術によれば、圧縮機の軸受に供給される潤滑水又は液冷媒の状態が望ましい状態であるとは限らない。そこで、本開示は、冷媒の主成分と同一種類の物質を主成分として含有している潤滑液を用いて圧縮機における軸受を潤滑する場合に、潤滑液を軸受に望ましい状態で供給するのに有利な技術を提供する。

本開示は、
第一吸入口及び第一吐出口を有する第一圧縮機と、第二吸入口及び第二吐出口を有する第二圧縮機と、前記第一圧縮機及び前記第二圧縮機の少なくともいずれか一方を駆動する軸を支持する軸受とを含む多段圧縮機であって、前記第一圧縮機において気体の冷媒を前記第一吸入口から吸入して圧縮したうえで前記第一吐出口から吐出し、かつ、前記第二圧縮機において前記第一吐出口から吐出された前記気体の冷媒を前記第二吸入口から吸入して圧縮したうえで前記第二吐出口から吐出する多段圧縮機と、
前記冷媒の主成分と同一種類の物質を主成分として含有している潤滑液を貯留する圧力容器と、
前記圧力容器と前記軸受とを接続しており、前記圧力容器に貯留された前記潤滑液を前記軸受に供給するための第一供給路と、
前記第一供給路上に配置され、前記潤滑液を前記軸受に向かって送るポンプと、
前記軸受と前記圧力容器とを接続しており、前記軸受を通過した前記潤滑液を前記圧力容器に戻すための第一戻し路と、
前記多段圧縮機の作動期間中に、前記第一吸入口における前記気体の冷媒の圧力よりも高く、かつ、前記第二吐出口における前記気体の冷媒の圧力よりも低い圧力に保たれる中間圧空間と、を備え、
前記圧力容器の内部空間は前記中間圧空間の一部をなしている、
流体機械を提供する。

上記の流体機械によれば、圧力容器に貯留された、冷媒の主成分と同一種類の物質を主成分として含有している潤滑液が多段圧縮機の軸受に望ましい状態で供給されやすい。

図１は、本開示の流体機械の一例を示す構成図である。 図２は、図１に示す流体機械の変形例を示す構成図である。 図３は、図１に示す流体機械の別の変形例を示す構成図である。 図４は、図１に示す流体機械のさらに別の変形例を示す構成図である。 図５は、図１に示す流体機械のさらに別の変形例を示す構成図である。 図６は、本開示の流体機械の別の一例を示す構成図である。 図７は、本開示の冷凍サイクル装置の一例を示す構成図である。 図８は、本開示の冷凍サイクル装置の別の一例を示す構成図である。 図９は、従来の冷凍機を示す構成図である。 図１０は、従来のターボ冷凍機を示す構成図である。

＜本発明者らの検討に基づく知見＞
本発明者らは、冷凍サイクル装置における多段圧縮機の軸受を潤滑するための潤滑液として、冷凍サイクル装置の液体の冷媒を利用することを考えた。この場合、例えば、蒸発器又は凝縮器から液体の冷媒の一部を多段圧縮機の軸受を潤滑するための潤滑液として利用することが考えられる。しかし、本発明者らは、蒸発器又は凝縮器から取り出した液体の冷媒が潤滑液として望ましい状態であるとは限らないことを新たに見出した。例えば、蒸発器から潤滑液として取り出した液体の冷媒は、蒸発器における圧力である低圧に対する飽和温度又は蒸発器における圧力である低圧に対する飽和温度付近の温度を有する。この場合、潤滑液の温度が低く、多段圧縮機において気体の冷媒の凝縮又は結露が発生しやすい。一方、例えば、凝縮器から潤滑液として取り出した液体の冷媒は凝縮器における圧力である高圧に対する飽和温度又は凝縮器における圧力である高圧に対する飽和温度付近の温度を有する。この場合、潤滑液の温度が高く、軸受を適切に冷却できない可能性がある。

そこで、本発明者らは、冷媒の主成分と同一種類の物質を主成分として含有している潤滑液を多段圧縮機の軸受に望ましい状態で供給できる技術について日夜検討を重ねた。検討の結果、本発明者らは、蒸発器及び凝縮器とは別に、潤滑液を貯留する圧力容器の内部空間を所定の圧力に保つことにより、潤滑液を望ましい状態で軸受に供給できることを見出した。本発明者らはこのような新たな知見に基づいて本開示の流体機械を案出した。なお、本明細書において、「主成分」とは、質量基準で最も多く含まれる成分を意味する。

本開示の第１態様は、
第一吸入口及び第一吐出口を有する第一圧縮機と、第二吸入口及び第二吐出口を有する第二圧縮機と、前記第一圧縮機及び前記第二圧縮機の少なくともいずれか一方を駆動する軸を支持する軸受とを含む多段圧縮機であって、前記第一圧縮機において気体の冷媒を前記第一吸入口から吸入して圧縮したうえで前記第一吐出口から吐出し、かつ、前記第二圧縮機において前記第一吐出口から吐出された前記気体の冷媒を前記第二吸入口から吸入して圧縮したうえで前記第二吐出口から吐出する多段圧縮機と、
前記冷媒の主成分と同一種類の物質を主成分として含有している潤滑液を貯留する圧力容器と、
前記圧力容器と前記軸受とを接続しており、前記圧力容器に貯留された前記潤滑液を前記軸受に供給するための第一供給路と、
前記第一供給路上に配置され、前記潤滑液を前記軸受に向かって送るポンプと、
前記軸受と前記圧力容器とを接続しており、前記軸受を通過した前記潤滑液を前記圧力容器に戻すための第一戻し路と、
前記多段圧縮機の作動期間中に、前記第一吸入口における前記気体の冷媒の圧力よりも高く、かつ、前記第二吐出口における前記気体の冷媒の圧力よりも低い圧力に保たれる中間圧空間と、を備え、
前記圧力容器の内部空間は前記中間圧空間の一部をなしている、
流体機械を提供する。

第１態様によれば、冷媒の主成分と同一種類の物質を主成分として含有している潤滑液が貯留された圧力容器の内部空間が中間圧空間の一部をなしている。このため、圧力容器に貯留された潤滑液は中間圧における飽和温度又は飽和温度付近の温度になりやすい。これにより、圧力容器に貯留された潤滑液が軸受を潤滑するのに望ましい温度を有しやすく、多段圧縮機の軸受に潤滑液が望ましい状態で供給されやすい。ここで、中間圧とは、多段圧縮機の作動期間において、第一吸入口における気体の冷媒の圧力よりも高く、かつ、第二吐出口における気体の冷媒の圧力よりも低い圧力である。

本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記中間圧空間は、前記多段圧縮機の作動期間中に、前記第一吐出口を通過し、かつ、前記第二吸入口を通過していない前記気体の冷媒によって満たされている、流体機械を提供する。第２態様によれば、圧力容器の内部空間を所望の圧力に保つために第一吐出口を通過し、かつ、第二吸入口を通過していない気体の冷媒を利用できる。加えて、潤滑液が貯留された圧力容器の内部空間の圧力がより望ましい圧力に保たれやすく、より確実に潤滑液を軸受に望ましい状態で供給できる。

本開示の第３態様は、第１態様又は第２態様に加えて、前記中間圧空間は、前記第一吐出口と前記圧力容器とを接続しており、前記第一吐出口から吐出された前記気体の冷媒を前記圧力容器の内部空間に導くための第二供給路と、前記圧力容器と前記第二吸入口とを接続しており、前記気体の冷媒を前記第二圧縮機に導くための第三供給路とを含む、流体機械を提供する。第３態様によれば、第一吐出口から吐出された気体の冷媒が第二供給路、圧力容器の内部空間、及び第三供給路を通過して第二圧縮機に導かれる。このように、圧力容器の内部空間を気体の冷媒の流路の一部として利用できる。加えて、軸受における損失により潤滑液から気化して生成された気体が第三供給路を通って第二圧縮機に導かれる。このため、圧力容器の内部空間が所望の圧力に保たれる。また、潤滑液の温度が上昇し続けることを防止できる。

本開示の第４態様は、第１態様又は第２態様に加えて、前記中間圧空間は、前記第一吐出口と前記第二吸入口とを接続しており、前記気体の冷媒を前記第二圧縮機に導くための第四供給路と、前記圧力容器と前記第四供給路上の合流点とを接続しており、前記潤滑液から気化して生成された気体を前記第二圧縮機に導くための第五供給路とを含む、流体機械を提供する。第４態様によれば、圧力容器の内部空間が第四供給路と第五供給路によって連通しているので圧力容器の内部空間が中間圧に保たれ、圧力容器の内部空間が中間圧空間の一部をなす。加えて、軸受における損失により潤滑液から気化して生成された気体が第五供給路を通って第二圧縮機に導かれるので、圧力容器の内部空間が所望の圧力に保たれる。また、潤滑液の温度が上昇し続けることを防止できる。

本開示の第５態様は、第１態様〜第４態様のいずれか１つの態様に加えて、前記第一供給路上の前記ポンプの出口と前記軸受との間に位置する分岐点と前記圧力容器とを前記軸受をバイパスして接続しており、前記第一供給路における前記潤滑液の一部を前記圧力容器に戻すための第二戻し路をさらに備えた、流体機械を提供する。第５態様によれば、第二戻し路を通って圧力容器に戻された潤滑液を圧力容器における気体の冷媒と接触させることができる。その結果、気体の冷媒が冷却され、圧力容器に貯留された潤滑液がより確実に軸受を潤滑するのに望ましい温度を有しやすい。

本開示の第６態様は、第５態様に加えて、前記第一供給路上に配置され、前記潤滑液に含まれる不純物の量を低減する第一フィルタをさらに備えた、流体機械を提供する。第６態様によれば、第一フィルタによって潤滑液に含まれる不純物の量を低減できる。

本開示の第７態様は、第６態様に加えて、前記第一フィルタは、前記第一供給路上の前記ポンプの出口と前記分岐点との間に配置されている、流体機械を提供する。第７態様によれば、第一フィルタ以外のフィルタを要さずに第二戻し路を流れる潤滑液及び軸受に供給される潤滑液における不純物の量を低減できる。このため、流体機械を簡素にでき、製造コストを低減できる。

本開示の第８態様は、第６態様に加えて、前記第一フィルタは、前記第一供給路上の前記分岐点と前記軸受との間に配置されている、流体機械を提供する。第８態様によれば、軸受に供給される潤滑液における不純物の量を低減できる。

本開示の第９態様は、第８態様に加えて、前記第一供給路上の前記ポンプの出口と前記分岐点との間に配置され、前記潤滑液に含まれる不純物の量を低減する第二フィルタをさらに備えた、流体機械を提供する。第９態様によれば、第二フィルタによって第二戻し路を流れる潤滑液及び軸受に供給される潤滑液における不純物の量を低減できる。加えて、第二フィルタを通過した不純物を第一フィルタによって捕捉することも可能である。その結果、軸受に供給される潤滑液における不純物の量をより確実に低減しやすい。また、第二フィルタに捕捉された不純物は第一フィルタには到達しないので、第一フィルタが詰まりにくい。

本開示の第１０態様は、第８態様に加えて、前記第二戻し路上に配置され、前記潤滑液に含まれる不純物の量を低減する第二フィルタをさらに備えた、流体機械を提供する。第１０態様によれば、第二フィルタを交換するときに、第一供給路上のポンプを停止することなく軸受に潤滑液を供給し続けることができる。

本開示の第１１態様は、第１態様〜第１０態様のいずれか１つの態様に加えて、前記冷媒及び前記潤滑液は、水を主成分として含有している、流体機械を提供する。第１１態様によれば、水の蒸発における潜熱は大きいので、潤滑液から気化する気体の量を低減できる。

本開示の第１２態様は、
第１態様〜第１１態様のいずれか１つの態様の流体機械と、
液体の冷媒を蒸発させて前記気体の冷媒を生成する蒸発器と、
前記蒸発器と前記第一吸入口とを接続しており、前記気体の冷媒を前記第一圧縮機に導くための第一蒸気路と、
前記第二吐出口から吐出された前記気体の冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記第二吐出口と前記凝縮器とを接続しており、前記第二吐出口から吐出された前記気体の冷媒を前記凝縮器に導くための第二蒸気路と、を備えた
冷凍サイクル装置を提供する。

第１２態様によれば、第１態様〜第１１態様のいずれか１つの態様の流体機械を備えているので、多段圧縮機の軸受が適切になされ、冷凍サイクル装置が高い信頼性を有する。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は例示に過ぎず、これらによって本発明が限定されるものではない。

＜第１実施形態＞
図１に示す通り、流体機械１ａは、多段圧縮機６と、圧力容器１０と、第一供給路１１と、ポンプ１２と、第一戻し路１５と、中間圧空間２０とを備えている。多段圧縮機６は、第一圧縮機６ａと、第二圧縮機６ｂと、軸受７とを含んでいる。流体機械１ａは、典型的には冷凍サイクル装置の一部を構成する。第一圧縮機６ａは、第一吸入口６ｐ及び第一吐出口６ｑを有する。第一圧縮機６ａは、気体の冷媒を第一吸入口６ｐから吸入して圧縮したうえで第一吐出口６ｑから吐出する。第二圧縮機６ｂは、第二吸入口６ｒ及び第二吐出口６ｓを有する。第二圧縮機６ｂは、第一吐出口６ｑから吐出された気体の冷媒を第二吸入口６ｒから吸入して圧縮したうえで第二吐出口６ｓから吐出する。軸受７は、第一圧縮機６ａ及び第二圧縮機６ｂの少なくともいずれか一方を駆動する軸６ｃを支持する。圧力容器１０は、冷媒の主成分と同一種類の物質を主成分として含有している潤滑液を貯留する。第一供給路１１は、圧力容器１０と軸受７とを接続しており、圧力容器１０に貯留された潤滑液を軸受７に供給するための流路である。ポンプ１２は、第一供給路１１上に配置され、潤滑液を軸受７に向かって送る。第一戻し路１５は、軸受７と圧力容器１０とを接続しており、軸受７を通過した潤滑液を圧力容器１０に戻すための流路である。中間圧空間２０は、多段圧縮機６の作動期間中に、第一吸入口６ｐにおける気体の冷媒の圧力よりも高く、かつ、第二吐出口６ｓにおける気体の冷媒の圧力よりも低い圧力（中間圧）に保たれる。圧力容器１０の内部空間は中間圧空間２０の一部をなしている。

圧力容器１０の内部空間は中間圧を有する気体の冷媒により所望の圧力に保たれ、潤滑液が中間圧における飽和温度又は飽和温度付近の温度に保たれやすい。このため、潤滑液は軸受７を潤滑するのに望ましい温度を有する。これにより、多段圧縮機６の軸受７に潤滑液が望ましい状態で供給されやすい。その結果、多段圧縮機６において軸受７が冷えすぎて気体の冷媒が凝縮すること又は結露の発生を防止でき、かつ、軸受７の冷却が不十分な場合に生じるホワール振動等の不安定振動を抑制できる。

中間圧空間２０は、中間圧の気体の冷媒で満たされた空間である限り特に制限されない。例えば、中間圧空間２０は、多段圧縮機６の作動期間中に、第一吐出口６ｑを通過し、かつ、第二吸入口６ｒを通過していない気体の冷媒によって満たされている。この場合、圧力容器１０の内部空間を所望の圧力に保つために第一吐出口６ｑを通過し、かつ、第二吸入口６ｒを通過していない気体の冷媒を利用できる。加えて、潤滑液が貯留された圧力容器１０の内部空間の圧力がより望ましい圧力に保たれやすく、より確実に潤滑液を軸受７に望ましい状態で供給できる。

中間圧空間２０は、多段圧縮機６における冷媒の流れにおいて第一吐出口６ｑと第二吸入口６ｒとの間の冷媒の流路を含みうる。また、中間圧空間２０は、多段圧縮機６の作動期間中に、第一吐出口６ｑを通過した気体の冷媒が第二吸入口６ｒに向かって流れることなく漂う空間を含みうる。場合によっては、中間圧空間２０は、中間圧に減圧された気体の冷媒が漂う空間を含みうる。

図１に示す通り、流体機械１ａにおいて、中間圧空間２０は、例えば、第二供給路８ａと、第三供給路８ｂとを含む。第二供給路８ａは、第一吐出口６ｑと圧力容器１０とを接続しており、第一吐出口６ｑから吐出された気体の冷媒を圧力容器１０の内部空間に導くための流路である。第三供給路８ｂは、圧力容器１０と第二吸入口６ｒとを接続しており、気体の冷媒を第二圧縮機６ｂに導くための流路である。この場合、第一吐出口６ｑから吐出された気体の冷媒が第二供給路８ａ、圧力容器１０の内部空間、及び第三供給路８ｂを通過して第二圧縮機６ｂに導かれる。このように、圧力容器１０の内部空間を気体の冷媒の流路の一部として利用できる。軸受７に供給された潤滑液は、軸受７における損失によりそのエンタルピが上昇した状態で第一戻し路１５を通って圧力容器１０に戻される。潤滑液のエンタルピの上昇により潤滑液から気化して気体が生成される。この気体は、第三供給路８ｂを通って第二圧縮機６ｂに導かれる。このため、圧力容器１０の内部空間が所望の圧力に保たれやすい。また、第一戻し路１５上に放熱器が配置されていなくても、軸受７における損失により圧力容器１０に貯留された潤滑液の温度が上昇し続けることを防止できる。

第一吐出口６ｑから吐出された気体の冷媒は第二供給路８ａを通過して圧力容器１０の内部空間に導かれる。この場合、例えば、圧力容器１０の内部空間において、気体の冷媒と潤滑液との熱交換により、気体の冷媒を冷却できる。このため、冷却された気体の冷媒を、第三供給路８ｂを通過させて第二圧縮機６ｂに導くことができる。このように、圧力容器１０に貯留された潤滑液を多段圧縮機６における気体の冷媒の中間冷却に利用できる。これにより、流体機械１ａを備えた冷凍サイクル装置の成績係数（ＣＯＰ）を高めることができる。このように、圧力容器１０は中間冷却器として機能してもよい。

第一圧縮機６ａ及び第二圧縮機６ｂは、それぞれ、例えば速度型の圧縮機（ターボ圧縮機）であってもよいし、容積型の圧縮機であってもよい。速度型の圧縮機とは、冷媒に運動量を与えることにより圧縮する圧縮機であり、容積型の圧縮機とは、スクリュー圧縮機のように、容積変化により冷媒を圧縮する圧縮機である。多段圧縮機６は、例えばケーシングを備え、第一圧縮機６ａ及び第二圧縮機６ｂはケーシングの内部に収容されている。第一圧縮機６ａ及び第二圧縮機６ｂは、単一のケーシングに収容されていてもよいし、別々のケーシングに収容されていてもよい。

軸６ｃによって第一圧縮機６ａ及び第二圧縮機６ｂが駆動されることにより、第一圧縮機６ａ及び第二圧縮機６ｂの可動部品が回転運動、直線運動、又は往復運動をする。第一圧縮機６ａ及び第二圧縮機６ｂの可動部品は、例えばターボ圧縮機のインペラ又はスクリュー圧縮機のロータである。軸６ｃは、例えば金属又は合金でできている。例えば、多段圧縮機６は１つの軸６ｃを含む。この場合、第一圧縮機６ａ及び第二圧縮機６ｂの、ターボ圧縮機のインペラ又はスクリュー圧縮機のロータ等の部品が１つの軸６ｃに取り付けられており、１つの軸６ｃによって第一圧縮機６ａ及び第二圧縮機６ｂが駆動される。なお、軸６ｃは、例えば電動機（図示省略）等に連結されており、電動機が作動することによって運動する。多段圧縮機６は複数の軸６ｃを含んでいてもよい。この場合、例えば、第一圧縮機６ａの可動部品が複数の軸６ｃのいずれかに取り付けられ、第二圧縮機６ｂの可動部品が別の軸６ｃに取り付けられる。

軸受７は、例えばすべり軸受又は玉軸受であり、潤滑液によって潤滑される。軸受７は、軸６ｃをラジアル方向及びスラスト方向の少なくともいずれか一方に支持する。

圧力容器１０は、例えば鋼鉄などの金属材料でできた耐圧性の容器であり、圧力容器１０の内部空間は溶接又はシール材によって圧力容器１０の外部空間に対し密閉されている。これにより、圧力容器１０の内部空間の潤滑液の漏洩及び圧力容器１０の内部空間への外部気体の流れ込みが防止されている。

ポンプ１２は、例えば、容積型のポンプであってもよいし、速度型のポンプであってもよい。容積型のポンプは、容積変化により液体の冷媒を昇圧するポンプであり、速度型のポンプとは運動量を冷媒に付与することにより液体の冷媒を昇圧するポンプである。ポンプ１２は、インバータにより駆動されるモーター等のポンプ１２の回転数を変化させる機構を備えていてもよい。ポンプ１２の吐出圧力は、特に制限されないが、例えば、１００〜１０００ｋＰａである。ポンプ１２は、例えば、コントローラからの制御信号を受信可能に有線又は無線によってコントローラに接続されていてもよい。この場合、コントローラからの制御信号に従ってポンプ１２が作動する。

第一供給路１１、第一戻し路１５、第二供給路８ａ、及び第三供給路８ｂのそれぞれの少なくとも一部は、例えば、鋼鉄などの金属材料でできた配管によって構成されている。この場合、配管の内部は、溶接又はシール材によって配管の外部空間に対して密閉されている。これにより、第一供給路１１及び第一戻し路１５を流れる潤滑液の漏洩並びに第一供給路１１及び第一戻し路１５への外部気体の流れ込みが防止される。また、第二供給路８ａ及び第三供給路８ｂを流れる冷媒の漏洩並びに第二供給路８ａ及び第三供給路８ｂへの外部気体の流れ込みが防止される。

冷媒は、特に制限されないが、例えば常温において５０ｋＰａＡ以下の比較的低い飽和蒸気圧を有する冷媒（低圧冷媒）である。このような冷媒の主成分は、例えば、R-1233zd及びR-1234ze等のハイドロフルオロオレフィン（HFO）系の物質又は水である。

冷媒及び潤滑液は、望ましくは水を主成分として含有している。水の蒸発における潜熱は大きいので、軸受７における損失又は気体の冷媒との接触により潤滑液が気化しても、潤滑液の気化により発生する気体の量が少ない。このため、第三供給路８ｂを通って第二圧縮機６ｂに導かれる気体の冷媒の量が抑制され、第二圧縮機６ｂがなすべき仕事を低減できる。加えて、第二圧縮機６ｂに吸入される気体の冷媒の温度が中間圧における飽和温度又は飽和温度付近の温度になるように第二供給路８ａを通って圧力容器１０の内部空間に導かれた気体の冷媒を冷却することもできる。

（変形例）
流体機械１ａは、様々な観点から変更可能である。流体機械１ａは、第一供給路１１上に潤滑液に含まれる不純物の量を低減するフィルタをさらに備えていてよい。フィルタは、例えば焼結金属フィルタ又は金属メッシュによって構成されている。また、流体機械１ａは、図２〜図５に示す、流体機械１ｂ、流体機械１ｃ、流体機械１ｄ、又は流体機械１ｅのように変更されていてもよい。

流体機械１ｂ、流体機械１ｃ、流体機械１ｄ、及び流体機械１ｅのそれぞれは、特に説明をする場合を除き、流体機械１ａと同様に構成されている。流体機械１ａの構成要素と同一又は対応する流体機械１ｂ、流体機械１ｃ、流体機械１ｄ、及び流体機械１ｅの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図２〜図５に示す通り、流体機械１ｂ、流体機械１ｃ、流体機械１ｄ、及び流体機械１ｅのそれぞれは、第二戻し路１６をさらに備えている。第二戻し路１６は、第一供給路１１上のポンプ１２の出口と軸受７との間に位置する分岐点Ｂと圧力容器１０とを軸受７をバイパスして接続しており、第一供給路１１における潤滑液の一部を圧力容器１０に戻すための流路である。このため、第一供給路１１を流れる潤滑液の一部は軸受７を通過することなく第二戻し路１６を通過して圧力容器１０の内部空間に戻される。これにより、潤滑液が気体の冷媒と接触できる。第二戻し路１６の出口は、典型的には圧力容器１０の内部空間の中間圧空間２０に接している。

第二戻し路１６の少なくとも一部は、例えば、鋼鉄などの金属材料でできた配管によって構成されている。この場合、配管の内部は、溶接又はシール材によって配管の外部空間に対して密閉されている。これにより、第二戻し路１６を流れる潤滑液の漏洩及び第二戻し路１６への外部気体の流れ込みが防止される。

流体機械１ｂ、流体機械１ｃ、流体機械１ｄ、及び流体機械１ｅのそれぞれは、例えば、第一フィルタ１８ａをさらに備えている。第一フィルタ１８ａは、第一供給路１１上に配置され、潤滑液に含まれる不純物の量を低減するフィルタである。第一フィルタ１８ａによって軸受７に供給されるべき潤滑液に含まれる不純物の量を低減できる。

第一フィルタ１８ａは、例えば、焼結金属フィルタ又は金属メッシュによって構成されており、７μｍ以上の不純物を捕捉可能である。

図２に示す通り、流体機械１ｂにおいて、第一フィルタ１８ａは、第一供給路１１上のポンプ１２の出口と分岐点Ｂとの間に配置されている。流体機械１ｂによれば、第一フィルタ１８ａ以外のフィルタを要さずに第二戻し路１６を流れる潤滑液及び軸受７に供給される潤滑液における不純物の量を低減できる。このため、流体機械１ｂを簡素にでき、流体機械１ｂの製造コストを低減しやすい。この場合、第二戻し路１６の出口はノズルによって定められていてもよい。この場合、第二戻し路１６の出口から流出する潤滑液を微細化できる。加えて、第一フィルタ１８ａにより第二戻し路１６の出口を定めるノズルに不純物が詰まる可能性が低い。

図３〜図５に示す通り、流体機械１ｃ、流体機械１ｄ、及び流体機械１ｅにおいて、第一フィルタ１８ａは、第一供給路１１上の分岐点Ｂと軸受７との間に配置されている。この場合でも、軸受７に供給される潤滑液における不純物の量を低減できる。

流体機械１ｃにおいて、第一供給路１１上には、潤滑液に含まれる不純物の量を低減するフィルタとして第一フィルタ１８ａのみが配置されている。この場合、第二戻し路１６の出口はノズルによって定められていないことが望ましい。なぜなら、不純物が第二戻し路１６を通過する可能性があるからである。

図４に示す通り、流体機械１ｄは、第二フィルタ１８ｂをさらに備えている。第二フィルタ１８ｂは、第一供給路１１上のポンプ１２の出口と分岐点Ｂとの間に配置され、潤滑液に含まれる不純物の量を低減するフィルタである。この場合、第二フィルタ１８ｂによって第二戻し路１６を流れる潤滑液及び軸受７に供給される潤滑液における不純物の量を低減できる。加えて、第二フィルタ１８ｂを通過した不純物を第一フィルタ１８ａによって捕捉することも可能である。その結果、軸受７に供給される潤滑液における不純物の量をより確実に低減しやすい。流体機械１ｄによれば、第二フィルタ１８ｂによって捕捉された不純物は第一フィルタ１８ａに到達しないので、第一フィルタ１８ａが詰まりにくい。

図５に示す通り、流体機械１ｅは、第二フィルタ１８ｂをさらに備えている。第二フィルタ１８ｂは、第二戻し路１６上に配置され、潤滑液に含まれる不純物の量を低減するフィルタである。この場合、第二フィルタ１８ｂを交換するときに、ポンプ１２を停止することなく軸受７に潤滑液を供給し続けることができる。

流体機械１ｄ及び流体機械１ｅにおいて、第二フィルタ１８ｂは、例えば、焼結金属フィルタ又は金属メッシュによって構成されており、第一フィルタ１８ａによって捕捉可能な不純物のサイズより大きなサイズの不純物を捕捉可能である。例えば、第二フィルタ１８ｂは、４０μｍ以上の不純物を捕捉可能である。

流体機械１ｄ及び流体機械１ｅにおいて、第二戻し路１６の出口は、例えばノズルによって定められている。この場合、第二戻し路１６の出口から流出する潤滑液を微細化できる。加えて、第二フィルタ１８ｂにより第二戻し路１６の出口を定めるノズルに不純物が詰まる可能性が低い。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る流体機械１ｆについて説明する。流体機械１ｆは、特に説明する場合を除き、流体機械１ａと同様に構成されている。流体機械１ａの構成要素と同一又は対応する流体機械１ｆの構成要素には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。第１実施形態に関する説明（変形例に関する説明を含む）は、技術的に矛盾しない限り、第２実施形態にもあてはまる。

図６に示す通り、流体機械１ｆにおいて、中間圧空間２０は、第四供給路８ｃと、第五供給路９とを含んでいる。第四供給路８ｃは、第一吐出口６ｑと第二吸入口６ｒとを接続しており、気体の冷媒を第二圧縮機６ｂに導くための流路である。第五供給路９は、圧力容器１０と第四供給路８ｃ上の合流点Ｊとを接続しており、潤滑液から気化して生成された気体を第二圧縮機６ｂに導くための流路である。

流体機械１ｆによれば、圧力容器１０の内部空間が第五供給路９によって第四供給路８ｃに連通しているので、圧力容器１０の内部空間が中間圧に保たれ、圧力容器１０の内部空間が中間圧空間２０の一部をなす。加えて、軸受７における損失により潤滑液から気化して生成された気体が第五供給路９を通って第二圧縮機６ｂに導かれるので、圧力容器１０の内部空間が所望の圧力に保たれやすい。また、第一戻し路１５上に放熱器が配置されていなくても、軸受７における損失により圧力容器１０に貯留された潤滑液の温度が上昇し続けることを防止できる。その結果、潤滑液を軸受７に望ましい状態で供給できる。

第四供給路８ｃ及び第五供給路９の少なくとも一部は、例えば、鋼鉄などの金属材料でできた配管によって構成されている。この場合、配管の内部は、溶接又はシール材によって配管の外部空間に対して密閉されている。これにより、第四供給路８ｃ及び第五供給路９を流れる潤滑液の気化により発生した気体又は気体の冷媒の漏洩並びに第四供給路８ｃ及び第五供給路９への外部気体の流れ込みが防止される。第一圧縮機６ａ及び第二圧縮機６ｂが単一のケーシングの内部に収容されている場合、第四供給路８ｃを構成するための配管は、典型的にはケーシングの外部に配置されている。しかし、場合によっては、第四供給路８ｃを構成するための配管がケーシングの内部に配置されていてもよい。また、ケーシングの内部の空間が第四供給路８ｃの全体をなしていてもよい。この場合、第五供給路９は、例えば、第四供給路８ｃをなすケーシングの内部の空間に開口している配管によって構成されている。

＜冷凍サイクル装置＞
図７に示す通り、冷凍サイクル装置５０ａは、流体機械１ａと、蒸発器２と、第一蒸気路５ａと、凝縮器３と、第二蒸気路５ｂとを備えている。蒸発器２は、液体の冷媒を蒸発させて気体の冷媒を生成する。第一蒸気路５ａは、蒸発器２と第一吸入口６ｐとを接続しており、気体の冷媒を第一圧縮機６ａに導くための流路である。凝縮器３は、第二吐出口６ｓから吐出された気体の冷媒を凝縮させる。第二蒸気路５ｂは、第二吐出口６ｓと凝縮器３とを接続しており、第二吐出口６ｓから吐出された気体の冷媒を凝縮器３に導くための流路である。

蒸発器２は、冷凍サイクル装置５０ａの外部の熱源から吸熱することにより液体の冷媒を蒸発させる。蒸発器２は、例えば、シェルアンドチューブ熱交換器及びプレート式熱交換器等の間接式熱交換器又は噴霧式熱交換器及び充填材を有する直接式熱交換器等の直接式熱交換器である。蒸発器２は、例えば、図７に示す通り、タンク２３と、液冷媒流路２５と、ポンプ２７とを有する。タンク２３は、液体の冷媒を貯留する容器である。タンク２３は、例えば鋼鉄などの金属材料でできており、タンク２３の内部空間は、溶接又はシール材によってタンク２３の外部空間に対し密閉されている。これにより、タンク２３の内部空間の液体の冷媒の漏洩及びタンク２３の内部空間への外部気体の流れ込みが防止される。液冷媒流路２５は、タンク２３の内部空間に接している入口及び出口を有し、タンク２３の外部において入口から出口まで延びている流路である。ポンプ２７は、液冷媒流路２５上に配置され、タンク２３の内部空間に向かって液体の冷媒を吐出する。すなわち、ポンプ２７が作動することにより、タンク２３に貯留されている液体の冷媒の一部が抜き取られ、液冷媒流路２５を通ってタンク２３の内部に戻る。なお、蒸発器２において、液冷媒流路２５及びポンプ２７は場合によっては省略可能である。

第一蒸気路５ａ及び第二蒸気路５ｂのそれぞれの少なくとも一部は、例えば、鋼鉄などの金属材料でできた配管によって構成されている。配管の内部は溶接又はシール材によって配管の外部空間に対して密閉されている。これにより、第一蒸気路５ａ及び第二蒸気路５ｂを流れる気体の冷媒の漏洩並びに第一蒸気路５ａ及び第二蒸気路５ｂへの外部気体の流れ込みが防止される。

凝縮器３は、気体の冷媒が有する熱を冷凍サイクル装置５０ａの外部に放熱することにより気体の冷媒を凝縮させる。凝縮器３は、例えば、シェルアンドチューブ熱交換器及びプレート式熱交換器等の間接式熱交換器又は噴霧式熱交換器及び充填材を有する直接式熱交換器等の直接式熱交換器である。凝縮器３は、例えば液体の冷媒を貯留する。

冷凍サイクル装置５０ａにおける冷媒は、例えば低圧冷媒である。冷媒の主成分が水である場合の冷凍サイクル装置５０ａの動作の一例を説明する。蒸発器２においてタンク２３に貯留された液体の冷媒の温度は、蒸発器２における圧力である低圧に対する飽和温度又は蒸発器２における圧力である低圧に対する飽和温度付近の温度であり、例えば５℃である。蒸発器２に貯留された液体の冷媒の温度は低いので、蒸発器２に貯留された液体の冷媒を軸受７の潤滑液として利用すると、多段圧縮機６において気体の冷媒が凝縮しやすく又は結露が発生しやすい。凝縮器３に貯留された液体の冷媒の温度は、凝縮器３における圧力である高圧に対する飽和温度又は凝縮器３における圧力である高圧に対する飽和温度付近の温度であり、例えば３５℃である。凝縮器３に貯留された液体の冷媒の温度は高いので、凝縮器３に貯留された液体の冷媒を潤滑液として利用すると軸受７を適切に冷却できない可能性がある。

冷凍サイクル装置５０ａが動作している期間においてポンプ１２が作動されて圧力容器１０に貯留された潤滑液が軸受７に供給される。圧力容器１０の内部空間は中間圧空間２０の一部をなしているので、冷凍サイクル装置５０ａが動作している期間において圧力容器１０の内部空間の圧力は中間圧に保たれる。圧力容器１０に貯留された潤滑液の温度は、中間圧の飽和温度又は飽和温度付近の温度であり、例えば２０℃である。圧力容器１０に貯留された潤滑液は軸受７を潤滑するのに適した温度を有し、冷凍サイクル装置５０ａにおいて、軸受７が適切に冷却される。

（変形例）
冷凍サイクル装置５０ａは様々な観点から変更可能である。例えば、冷凍サイクル装置５０ａは、流体機械１ａの代わりに、流体機械１ｂ、流体機械１ｃ、流体機械１ｄ、又は流体機械１ｅを備えていてもよい。また、冷凍サイクル装置５０ａは、図８に示す冷凍サイクル装置５０ｂのように変更されてもよい。冷凍サイクル装置５０ｂは、流体機械１ａの代わりに流体機械１ｆを備えている以外は、冷凍サイクル５０ａと同様に構成されている。冷凍サイクル装置５０ａは、第一供給路１１上の圧力容器１０とポンプ１２の入口との間の合流点とタンク２３とを接続する流路をさらに備えるように変更されてもよい。また、冷凍サイクル装置５０ａは、第一供給路１１上の圧力容器１０とポンプ１２の入口との間の合流点と液冷媒流路２５上の分岐点とを接続する流路をさらに備えるように変更されてもよい。この場合、多段圧縮機６の運転状況に応じて、タンク２３に貯留された液体の冷媒を軸受７に供給することも可能である。

本開示の流体機械は、例えば、大型の空気調和機又はターボチラーに適用できる。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ 流体機械
２ 蒸発器
３ 凝縮器
５ａ 第一蒸気路
５ｂ 第二蒸気路
６ 多段圧縮機
６ａ 第一圧縮機
６ｂ 第二圧縮機
６ｃ 軸
６ｐ 第一吸入口
６ｑ 第一吐出口
６ｒ 第二吸入口
６ｓ 第二吐出口
７ 軸受
８ａ 第二供給路
８ｂ 第三供給路
８ｃ 第四供給路
９ 第五供給路
１０ 圧力容器
１１ 第一供給路
１２ ポンプ
１５ 第一戻し路
１６ 第二戻し路
１８ａ 第一フィルタ
１８ｂ 第二フィルタ
２０ 中間圧空間
５０ａ、５０ｂ 冷凍サイクル装置
Ｊ 合流点
Ｂ 分岐点

Claims (12)

1. 第一吸入口及び第一吐出口を有する第一圧縮機と、第二吸入口及び第二吐出口を有する第二圧縮機と、前記第一圧縮機及び前記第二圧縮機の少なくともいずれか一方を駆動する軸を支持する軸受とを含む多段圧縮機であって、前記第一圧縮機において気体の冷媒を前記第一吸入口から吸入して圧縮したうえで前記第一吐出口から吐出し、かつ、前記第二圧縮機において前記第一吐出口から吐出された前記気体の冷媒を前記第二吸入口から吸入して圧縮したうえで前記第二吐出口から吐出する多段圧縮機と、
   前記冷媒の主成分と同一種類の物質を主成分として含有している潤滑液を貯留する圧力容器と、
   前記圧力容器と前記軸受とを接続しており、前記圧力容器に貯留された前記潤滑液を前記軸受に供給するための第一供給路と、
   前記第一供給路上に配置され、前記潤滑液を前記軸受に向かって送るポンプと、
   前記軸受と前記圧力容器とを接続しており、前記軸受を通過した前記潤滑液を前記圧力容器に戻すための第一戻し路と、
   前記多段圧縮機の作動期間中に、前記第一吸入口における前記気体の冷媒の圧力よりも高く、かつ、前記第二吐出口における前記気体の冷媒の圧力よりも低い圧力に保たれる中間圧空間と、を備え、
   前記圧力容器の内部空間は前記中間圧空間の一部をなしている、
   流体機械。
2. 前記中間圧空間は、前記多段圧縮機の作動期間中に、前記第一吐出口を通過し、かつ、前記第二吸入口を通過していない前記気体の冷媒によって満たされている、請求項１に記載の流体機械。
3. 前記中間圧空間は、前記第一吐出口と前記圧力容器とを接続しており、前記第一吐出口から吐出された前記気体の冷媒を前記圧力容器の内部空間に導くための第二供給路と、前記圧力容器と前記第二吸入口とを接続しており、前記気体の冷媒を前記第二圧縮機に導くための第三供給路とを含む、請求項１又は２に記載の流体機械。
4. 前記中間圧空間は、前記第一吐出口と前記第二吸入口とを接続しており、前記気体の冷媒を前記第二圧縮機に導くための第四供給路と、前記圧力容器と前記第四供給路上の合流点とを接続しており、前記潤滑液から気化して生成された気体を前記第二圧縮機に導くための第五供給路とを含む、請求項１又は２に記載の流体機械。
5. 前記第一供給路上の前記ポンプの出口と前記軸受との間に位置する分岐点と前記圧力容器とを前記軸受をバイパスして接続しており、前記第一供給路における前記潤滑液の一部を前記圧力容器に戻すための第二戻し路をさらに備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体機械。
6. 前記第一供給路上に配置され、前記潤滑液に含まれる不純物の量を低減する第一フィルタをさらに備えた、請求項５に記載の流体機械。
7. 前記第一フィルタは、前記第一供給路上の前記ポンプの出口と前記分岐点との間に配置されている、請求項６に記載の流体機械。
8. 前記第一フィルタは、前記第一供給路上の前記分岐点と前記軸受との間に配置されている、請求項６に記載の流体機械。
9. 前記第一供給路上の前記ポンプの出口と前記分岐点との間に配置され、前記潤滑液に含まれる不純物の量を低減する第二フィルタをさらに備えた、請求項８に記載の流体機械。
10. 前記第二戻し路上に配置され、前記潤滑液に含まれる不純物の量を低減する第二フィルタをさらに備えた、請求項８に記載の流体機械。
11. 前記冷媒及び前記潤滑液は、水を主成分として含有している、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の流体機械。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の流体機械と、
    液体の冷媒を蒸発させて前記気体の冷媒を生成する蒸発器と、
    前記蒸発器と前記第一吸入口とを接続しており、前記気体の冷媒を前記第一圧縮機に導くための第一蒸気路と、
    前記第二吐出口から吐出された前記気体の冷媒を凝縮させる凝縮器と、
    前記第二吐出口と前記凝縮器とを接続しており、前記第二吐出口から吐出された前記気体の冷媒を前記凝縮器に導くための第二蒸気路と、を備えた
    冷凍サイクル装置。

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