JP2019090422A - Turbo refrigerator - Google Patents

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泰士 長谷川
上田 憲治
Kenji Ueda
憲治 上田
紀行 松倉
Noriyuki Matsukura
紀行 松倉
亮介 末光
Ryosuke Suemitsu
亮介 末光
真太郎 大村
Shintaro Omura
真太郎 大村
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Abstract

To provide a turbo refrigerator capable of reducing the environmental load by utilizing characteristics of R1233zd(E) refrigerant in which low pressure refrigerant becomes negative pressure at 18°C or less of saturation temperature while the frequency of maintenance is reduced due to oil-less operation and the occasion of refrigerant discharge is reduced due to the maintenance.SOLUTION: A turbo refrigerator comprises: a turbo compressor 2; a condenser; a decompression device; and an evaporator, which are connected in series via piping so as to constitute a refrigerating cycle, the refrigerating cycle being filled with refrigerant, in which the refrigerant is R1233zd(E) refrigerant which is low pressure refrigerant with a low global warming coefficient and a low ozone destruction coefficient; the turbo compressor 2 is a direct-coupled structure turbo compressor 2 in which the axis 18 of revolution of impellers 15 and 17 is directly connected to a motor 19; and the bearing supporting the axis 18 of revolution comprises magnet bearings 20, 21, 23, and 24.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、地球温暖化係数(GWP)およびオゾン破壊係数(ODP)が共に低いR1233zd(E)冷媒を用いて環境負荷を軽減したターボ冷凍機に関するものである。   The present invention relates to a turbo refrigerator in which the environmental load is reduced by using R1233zd (E) refrigerant having low global warming potential (GWP) and low ozone depletion potential (ODP).

ターボ冷凍機では、現在、R134a等のHFC冷媒が使用されている。このHFC冷媒は、オゾン破壊係数(ODP)が0であるものの、地球温暖化係数(GWP)が高いことが知られている。また、ターボ冷凍機では、軸受交換、潤滑油交換、油フィルタ交換等のための定期的なメンテナンスが必須であり、その際、冷凍サイクル内の冷媒を回収してメンテナンスを行うようにしているものの、冷凍機内から回収が不可能な冷媒や、潤滑油に溶け込んでいる冷媒があり、一部の冷媒が大気に放出される場合がある。これは、法規上特に問題はないものの、地球温暖化の観点から好ましいことではない。   In the turbo refrigerator, HFC refrigerants such as R134a are currently used. It is known that this HFC refrigerant has a high global warming potential (GWP) although it has an ozone depletion potential (ODP) of zero. Also, with turbo chillers, regular maintenance for bearing replacement, lubricating oil replacement, oil filter replacement, etc. is essential, and at that time, the refrigerant in the refrigeration cycle is recovered for maintenance. There are refrigerants that can not be recovered from inside the refrigerator and refrigerants that are dissolved in lubricating oil, and some of the refrigerant may be released to the atmosphere. Although there is no particular problem with the law, this is not preferable from the viewpoint of global warming.

一方、一部ターボ冷凍機において、オイルレス化によって潤滑油系統を省略化するとともに、圧縮機の高回転化による高圧縮比化や吸込風量の増加、モータの高回転化によるモータ小型化や軸受損失の低減、構成要素の簡易化による信頼性の向上やコスト低減等のため、インペラー(羽根車)の回転軸をモータに直結した圧縮機のモータ直結構造化を採用するとともに、その回転軸を磁気軸受で支持するようにしたものが提供されている(例えば、特許文献1,2参照)。しかし、多くのターボ冷凍機では、未だモータ軸により増速歯車を介してインペラー回転軸を駆動する構成としたものが多い。この場合、増速歯車を冷却・潤滑するための潤滑油系統が必須となり、潤滑油の交換や油フィルタの交換等のメンテナンスは避けられない。   On the other hand, in some turbo refrigerators, the lubricating oil system is omitted by oil-free operation, and the high compression ratio and suction air flow are increased by increasing the rotation speed of the compressor, and the motor is miniaturized and bearings are increased by increasing the rotation speed of the motor. In order to reduce loss, improve reliability by simplifying components, reduce cost, etc., while adopting the motor direct coupling structure of the compressor in which the rotary shaft of the impeller (impeller) is directly connected to the motor, What is supported by a magnetic bearing is provided (see, for example, Patent Documents 1 and 2). However, in many turbo chillers, the configuration is still such that the impeller rotation shaft is driven by the motor shaft via the speed-increasing gear. In this case, a lubricating oil system for cooling and lubricating the speed-increasing gear is essential, and maintenance such as replacement of lubricating oil and replacement of an oil filter can not be avoided.

こうした中、最近、GWPが5以下、ODPが0.00031で共に低く、飽和温度が18℃以下で負圧となる特性を有するR1233zd(E)冷媒が注目されている。このR1233zd(E)冷媒は、低圧冷媒で密度が低く、従来、主にウレタン発泡剤して使用されていたものであるが、環境負荷を軽減できることから、HCFO(ヒドロクロロフルオロオレフィン)冷媒の1つとして、冷凍機への適用が検討されている。   Under these circumstances, R1233zd (E) refrigerants have recently attracted attention, which have characteristics of a GWP of 5 or less, an ODP of 0.00031, both low, and a negative pressure at a saturation temperature of 18 ° C. or less. This R1233zd (E) refrigerant is a low-pressure refrigerant with low density, and conventionally used mainly as a urethane foaming agent, but since it can reduce the environmental burden, it is one of the HCFO (hydrochlorofluoroolefin) refrigerants. As one, application to a refrigerator is being considered.

特許第2809346号公報Patent No. 2809346 gazette 特開2013−122331号公報JP, 2013-122331, A

特に、低GWP冷媒として注目を浴びているHCFO冷媒の1つであるR1233zd(E)冷媒は、GWP、ODPがともに低く、環境負荷低減にとって好ましいものである一方、低圧冷媒であり、しかも密度が低い(R134a冷媒に対して5分の1程度)ことから、スクロール式やロータリ式等の容積型圧縮機を採用している冷凍機や空調機あるいはヒートポンプでは、能力の確保が困難であり、採用が難しいと考えられていた。   In particular, R1233zd (E) refrigerant, one of the HCFO refrigerants attracting attention as a low GWP refrigerant, has low GWP and ODP and is preferable for reducing environmental load, while it is a low pressure refrigerant and has a density Because it is low (about one-fifth of the R134a refrigerant), it is difficult to secure the capacity in a refrigerator, air conditioner or heat pump that uses a scroll-type or rotary-type positive displacement compressor, Was considered difficult.

しかるに、遠心式の圧縮機であるターボ圧縮機は、大流量の冷媒圧縮に適しているとの特長を有する。発明者らは、かかる点に着目し、ターボ圧縮機を搭載した冷凍機に適用することにより、低圧冷媒であって密度が低く、飽和温度が18℃以下で負圧となる等のR1233zd(E)冷媒の特性を活かせるのではないかと考え、検討を重ねた結果、特定の構造を有するターボ圧縮機を備えたターボ冷凍機に適用することにより、R1233zd(E)冷媒の特性を活かして環境負荷を軽減し得るターボ冷凍機を提供できる可能性を見出した。   However, a turbo compressor, which is a centrifugal compressor, has a feature of being suitable for high flow rate refrigerant compression. The inventors paid attention to this point, and by applying to a refrigerator equipped with a turbo compressor, it is a low-pressure refrigerant and has a low density, and a negative pressure when the saturation temperature is 18 ° C. or less, R1233zd (E ) Considering that the characteristics of the refrigerant can be utilized, as a result of repeated investigations, by applying to a turbo refrigerator equipped with a turbo compressor having a specific structure, the environment utilizing the characteristics of the R1233 zd (E) refrigerant We have found the possibility of providing a turbo refrigerator that can reduce the load.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、オイルレス化によりメンテナンスの頻度やメンテナンスによる冷媒放出の機会を低減し、低圧冷媒で飽和温度が18℃以下で負圧となるR1233zd(E)冷媒の特性を活かして環境負荷を軽減し得るターボ冷凍機を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the oilless operation reduces the frequency of maintenance and the opportunity for refrigerant release due to maintenance, and the low pressure refrigerant has a negative pressure when the saturation temperature is 18 ° C. or less R1233zd ( E) The object is to provide a turbo refrigerator that can reduce the environmental load by utilizing the characteristics of the refrigerant.

上記した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、ターボ圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器が順次配管を介して接続されることにより閉サイクルの冷凍サイクルが構成され、そのサイクル内に冷媒が充填されているターボ冷凍機において、前記冷媒が、地球温暖化係数およびオゾン破壊係数が共に低い低圧冷媒であるR1233zd(E)冷媒とされ、前記ターボ圧縮機が、インペラーの回転軸をモータに直結した直結構造のターボ圧縮機とされるとともに、前記回転軸を支持する軸受が、磁気軸受とされていることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned subject, the turbo refrigerator of the present invention adopts the following means.
That is, in the turbo refrigerator according to the present invention, a closed cycle refrigeration cycle is configured by sequentially connecting a turbo compressor, a condenser, a pressure reducing device and an evaporator via a pipe, and the refrigerant is charged in the cycle. In the turbo refrigerator, the refrigerant is a low-pressure refrigerant having a low global warming potential and an ozone destruction coefficient as R1233zd (E) refrigerant, and the turbo compressor directly connects the rotating shaft of the impeller to the motor A turbo compressor having a direct connection structure is provided, and a bearing for supporting the rotating shaft is a magnetic bearing.

本発明によれば、冷媒を地球温暖化係数およびオゾン破壊係数が共に低い低圧冷媒であるR1233zd(E)冷媒となし、ターボ圧縮機をインペラーの回転軸をモータに直結した直結構造のターボ圧縮機とするとともに、その回転軸を支持する軸受を磁気軸受としているため、増速歯車での動力損失や転がり軸受等での軸受損失を低減して、大流量の冷媒の圧縮に適しているターボ圧縮機の一層の高回転化を可能とすることによって、低圧冷媒であって密度が低く、また従来のHFC冷媒と比較すると音速が高いため、能力の確保が難しいとされていたR1233zd(E)冷媒の弱点をカバーすることができるとともに、油による潤滑を必要とする増速歯車や転がり軸受等を省いてオイルレス化することにより、潤滑油や油フィルタの交換等の潤滑油系統のメンテナンスを省略化することができる。従って、低圧冷媒であって密度が低いR1233zd(E)冷媒を適用しても所要の能力を確保することができる。また、メンテナンスの頻度やメンテナンスによる冷媒放出の機会を低減して飽和温度が18℃以下で負圧となる冷媒の特性を活かし、冷媒の大気への放出を防止することによって環境負荷を軽減することができるとともに、潤滑油系統を省略化して構成をシンプル化し、低コストで信頼性の高いターボ冷凍機を提供することができる。   According to the present invention, the refrigerant is a low pressure refrigerant having low global warming potential and low ozone destruction coefficient as R1233zd (E) refrigerant, and the turbo compressor is a direct connected turbo compressor in which the rotary shaft of the impeller is directly connected to the motor. Since the bearing that supports the rotating shaft is a magnetic bearing, the turbo compression that is suitable for the compression of a large flow of refrigerant by reducing the power loss in the speed-up gear and the bearing loss in the rolling bearing etc. R1233zd (E) refrigerant, which is considered to be difficult to secure its capacity because it is a low-pressure refrigerant with low density and high sound velocity compared to a conventional HFC refrigerant, by enabling higher rotational speed of the machine. It is possible to cover the weak points of the oil, and eliminate the need for speed-up gears and rolling bearings that require oil lubrication to make the It can be omitted the maintenance of lubricating oil system and the like. Therefore, even if it is a low pressure refrigerant and low density R1233zd (E) refrigerant is applied, the required capacity can be secured. In addition, reduce the environmental load by reducing the frequency of maintenance and the opportunity for refrigerant discharge due to maintenance and taking advantage of the characteristics of the refrigerant that becomes a negative pressure at a saturation temperature of 18 ° C or less, and preventing the refrigerant from being released to the atmosphere. It is possible to simplify the configuration by omitting the lubricating oil system and to provide a low cost and highly reliable turbo chiller.

また、本発明にかかるターボ冷凍機は、ターボ圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器が順次配管を介して接続されることにより閉サイクルの冷凍サイクルが構成され、そのサイクル内に冷媒が充填されているターボ冷凍機において、前記冷媒が、地球温暖化係数およびオゾン破壊係数が共に低い低圧冷媒であるR1233zd(E)冷媒とされ、前記ターボ圧縮機が、インペラーの回転軸をモータに直結した直結構造のターボ圧縮機とされるとともに、前記回転軸を支持する軸受が、オイルレスのセラミック材製軸受とされていることを特徴とする。   Further, in the turbo refrigerator according to the present invention, a closed cycle refrigeration cycle is configured by sequentially connecting a turbo compressor, a condenser, a pressure reducing device, and an evaporator via a pipe, and the refrigerant is charged in the cycle. In the turbo refrigerator, the refrigerant is a low-pressure refrigerant having a low global warming potential and an ozone destruction coefficient as R1233zd (E) refrigerant, and the turbo compressor directly connects the rotating shaft of the impeller to the motor It is characterized in that it is a turbo compressor having a direct connection structure, and the bearing for supporting the rotating shaft is an oil-less ceramic bearing.

本発明によれば、冷媒を地球温暖化係数およびオゾン破壊係数が共に低い低圧冷媒であるR1233zd(E)冷媒となし、ターボ圧縮機をインペラーの回転軸をモータに直結した直結構造のターボ圧縮機とするとともに、その回転軸を支持する軸受をオイルレスのセラミック材製軸受としているため、増速歯車での動力損失や転がり軸受等での軸受損失を低減して、大流量の冷媒の圧縮に適しているターボ圧縮機の一層の高回転化を可能とすることによって、低圧冷媒であって密度が低く、また従来のHFC冷媒と比較すると音速が高いため、能力の確保が難しいとされていたR1233zd(E)冷媒の弱点をカバーすることができるとともに、セラミック材製軸受を用い、油による潤滑を必要とする増速歯車を省いてオイルレス化することにより、潤滑油の交換や油フィルタの交換等のメンテナンスを省略化することができる。従って、低圧冷媒で密度が低いR1233zd(E)冷媒を適用しても所要の能力を確保することができる。また、メンテナンスの頻度やメンテナンスによる冷媒放出の機会を大幅に低減して飽和温度が18℃以下で負圧となる冷媒の特性を活かし、冷媒の大気への放出を防止することによって環境負荷を軽減することができるとともに、潤滑油系統を省略化して構成をシンプル化し、低コストで信頼性の高いターボ冷凍機を提供することができる。   According to the present invention, the refrigerant is a low pressure refrigerant having low global warming potential and low ozone destruction coefficient as R1233zd (E) refrigerant, and the turbo compressor is a direct connected turbo compressor in which the rotary shaft of the impeller is directly connected to the motor. Since the bearing that supports the rotary shaft is an oil-less ceramic bearing, the power loss in the speed-up gear and the bearing loss in the rolling bearing, etc. are reduced to compress the large flow rate refrigerant. By enabling further high rotation of a suitable turbo compressor, it is considered to be difficult to secure the ability because it is a low pressure refrigerant with low density and a high sound velocity compared to a conventional HFC refrigerant. R1233zd (E) can cover the weakness of refrigerants and use ceramic bearings to eliminate the need for speed-up gears that require oil lubrication and make them oil-less And it makes it possible to omit the maintenance such as replacement of the exchange and the oil filter of the lubricating oil. Therefore, even if the low-pressure refrigerant and the low density R1233zd (E) refrigerant are applied, the required capacity can be secured. In addition, the frequency of maintenance and the opportunity to release the refrigerant due to maintenance are greatly reduced, and by utilizing the characteristics of the refrigerant that has a negative pressure when the saturation temperature is 18 ° C or less, the environmental load is reduced by preventing the refrigerant from being released into the atmosphere. It is possible to simplify the configuration by omitting the lubricating oil system and to provide a low cost and highly reliable turbo refrigerator.

さらに、本発明のターボ冷凍機は、上記のターボ冷凍機において、前記軸受の軸受箱および前記モータのエアギャップ部に対して、前記冷凍サイクル側から液冷媒が冷却・潤滑媒体として循環可能に構成されていることを特徴とする。   Furthermore, according to the turbo refrigerator of the present invention, in the above-described turbo refrigerator, the liquid refrigerant can be circulated as a cooling and lubricating medium from the refrigeration cycle side to the bearing box of the bearing and the air gap portion of the motor. It is characterized by being.

本発明によれば、軸受の軸受箱およびモータのエアギャップ部に対して、冷凍サイクル側から液冷媒が冷却・潤滑媒体として循環可能に構成されているため、セラミック材製とされた軸受を液冷媒で冷却・潤滑することにより、その耐久性を向上することができるとともに、高回転化されるモータを液冷媒で冷却することにより冷却性能を確保し、その熱ロスやモータの温度過上昇による保護停止を抑止することができる。従って、オイルレス化しても軸受やモータを十分冷却・潤滑することができ、その耐久性や性能を向上した高性能で信頼性の高い、しかも環境負荷の小さいターボ冷凍機を提供することができる。   According to the present invention, since the liquid refrigerant can be circulated as a cooling / lubricating medium from the refrigeration cycle side to the bearing box of the bearing and the air gap portion of the motor, the bearing made of ceramic material can be The durability can be improved by cooling and lubricating with the refrigerant, and the cooling performance is secured by cooling the motor having a high rotation speed with the liquid refrigerant, and the heat loss and the temperature rise of the motor increase. It is possible to prevent the suspension of protection. Therefore, even if oil-less, it is possible to sufficiently cool and lubricate bearings and motors, and it is possible to provide a high-performance, high-reliability, low-environmental-impact turbo refrigerator with improved durability and performance. .

さらに、本発明のターボ冷凍機は、上記のターボ冷凍機において、前記モータのエアギャップ部に対して、前記液冷媒に替えて低圧ガス冷媒が供給可能とされていることを特徴とする。   Furthermore, the turbo refrigerator according to the present invention is characterized in that, in the above-described turbo refrigerator, a low pressure gas refrigerant can be supplied to the air gap portion of the motor instead of the liquid refrigerant.

本発明によれば、モータのエアギャップ部に対し、液冷媒に替えて低圧ガス冷媒が供給可能とされているため、冷却媒体として低圧ガス冷媒を供給することにより、液冷媒を供給した場合に比べ、モータによる撹拌損失を低減することができる。従って、モータを十分冷却して熱ロス等を低減することができるとともに、撹拌損失を更に低減してモータ効率を高め、より高回転化することができる。   According to the present invention, the low-pressure gas refrigerant can be supplied instead of the liquid refrigerant to the air gap portion of the motor. Therefore, when the low-pressure gas refrigerant is supplied as the cooling medium, the liquid refrigerant is supplied. In comparison, stirring loss due to the motor can be reduced. Therefore, the motor can be sufficiently cooled to reduce the heat loss and the like, and the stirring loss can be further reduced to enhance the motor efficiency and achieve a higher rotation.

さらに、本発明のターボ冷凍機は、上述のいずれかのターボ冷凍機において、前記モータのステータ内周面、ロータ外周面またはロータ端面に設けられているバランスリングの外周面の少なくともいずれか1箇所以上に、前記モータのエアギャップ部に供給された前記液冷媒または低圧ガス冷媒をその軸方向外側に流通する螺旋溝が設けられていることを特徴とする。   Furthermore, in the turbo refrigerator according to the present invention, in any one of the above-described turbo refrigerator, at least one of the stator inner peripheral surface, the rotor outer peripheral surface, or the outer peripheral surface of a balance ring provided on the rotor end surface of the motor As described above, it is characterized in that there is provided a spiral groove for circulating the liquid refrigerant or low-pressure gas refrigerant supplied to the air gap portion of the motor to the axial direction outer side.

本発明によれば、モータのステータ内周面、ロータ外周面あるいはロータ端面に設けられているバランスリングの外周面の少なくともいずれか1箇所以上に、モータのエアギャップ部に供給された液冷媒または低圧ガス冷媒をその軸方向外側に流通する螺旋溝が設けられているため、エアギャップ部に供給された冷媒を螺旋溝によりその軸方向外側に流通させ、速やかに排出することができる。従って、冷媒によるモータの冷却効果をより向上することができるとともに、冷媒を撹拌することによるモータの風損を低減し、モータの効率を一層高めることができる。   According to the present invention, the liquid refrigerant supplied to the air gap portion of the motor or at least one of the stator inner peripheral surface, the rotor outer peripheral surface, or the outer peripheral surface of the balance ring provided on the rotor end surface Since the helical groove which circulates the low pressure gas refrigerant to the axial direction outer side is provided, the refrigerant supplied to the air gap part can be circulated axially outward by the helical groove and can be discharged quickly. Therefore, the cooling effect of the motor by the refrigerant can be further improved, and the windage loss of the motor due to the stirring of the refrigerant can be reduced, and the efficiency of the motor can be further enhanced.

本発明によると、増速歯車での動力損失や転がり軸受等での軸受損失を低減して、大流量の冷媒の圧縮に適しているターボ圧縮機の一層の高回転化を可能とすることにより、低圧冷媒であって密度が低く、また従来のHFC冷媒と比較すると音速が高いため、能力の確保が難しいとされていたR1233zd(E)冷媒の弱点をカバーすることができるとともに、油による潤滑を必要とする増速歯車や転がり軸受をなくし、あるいはセラミック材製軸受を用いてオイルレス化することによって、潤滑油や油フィルタの交換等のメンテナンスを省略化することができる。また、メンテナンスの頻度やメンテナンスによる冷媒放出の機会を大幅に低減して飽和温度が18℃以下で負圧となる冷媒の特性を活かし、冷媒の大気への放出を防止することによって環境負荷を軽減することができるとともに、潤滑油系統を省略化して構成をシンプル化し、低コストで信頼性の高いターボ冷凍機を提供することができる。   According to the present invention, by reducing the power loss in the speed-increasing gear and the bearing loss in the rolling bearing etc., it is possible to further increase the rotation speed of the turbo compressor suitable for the compression of a large flow of refrigerant. Because it is a low-pressure refrigerant with low density and high sound velocity compared to the conventional HFC refrigerant, it is possible to cover the weakness of R1233zd (E) refrigerant, which has been considered difficult to secure its capacity, and oil lubrication It is possible to eliminate maintenance such as replacement of lubricating oil and oil filter by eliminating the speed-increasing gear and the rolling bearing that require the above, or by using the ceramic material bearing to make it oil-less. In addition, the frequency of maintenance and the opportunity to release the refrigerant due to maintenance are greatly reduced, and by utilizing the characteristics of the refrigerant that has a negative pressure when the saturation temperature is 18 ° C or less, the environmental load is reduced by preventing the refrigerant from being released into the atmosphere. It is possible to simplify the configuration by omitting the lubricating oil system and to provide a low cost and highly reliable turbo refrigerator.

本発明の第1実施形態に係るターボ冷凍機の構成図である。It is a block diagram of the turbo refrigerator concerning a 1st embodiment of the present invention. 上記ターボ冷凍機に適用するターボ圧縮機の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the turbo compressor applied to the said turbo refrigerator. 本発明の第2実施形態に係るターボ圧縮機の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the turbo compressor concerning 2nd Embodiment of this invention. 図3に示すターボ圧縮機の駆動モータの部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the drive motor of the turbo compressor shown in FIG.

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。
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について、図1および図2を用いて説明する。
図1には、その第1実施形態に係るターボ冷凍機の構成図が示され、図2には、それに適用されるターボ圧縮機の概略構成図が示されている。
ターボ冷凍機1は、図1に示されるように、ターボ圧縮機2と、凝縮器3と、第1減圧装置4と、エコノマイザとして機能する気液分離器5と、第2減圧装置6と、蒸発器7とが順次冷媒配管(配管)8を介して接続されることにより構成される閉サイクルの冷凍サイクル9を備えている。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First Embodiment
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described using FIGS. 1 and 2.
FIG. 1 shows a block diagram of a turbo refrigerator according to the first embodiment, and FIG. 2 shows a schematic block diagram of a turbo compressor applied thereto.
As shown in FIG. 1, the turbo refrigerator 1 includes a turbo compressor 2, a condenser 3, a first pressure reducing device 4, a gas-liquid separator 5 functioning as an economizer, and a second pressure reducing device 6. A closed cycle refrigeration cycle 9 configured by being sequentially connected to the evaporator 7 via a refrigerant pipe (pipe) 8 is provided.

本実施形態の冷凍サイクル9は、気液分離器5で分離されたガス冷媒をターボ圧縮機2の低段側圧縮部14で圧縮された中間圧の冷媒中に、中間ポートを介してインジェクションする公知のエコノマイザ回路10を備えたものとされている。このエコノマイザ回路10は、気液分離器5を用いた気液分離方式のエコノマイザ回路10とされているが、凝縮器3で凝縮液化された冷媒の一部を分流し、その冷媒を減圧して液冷媒と熱交換させる中間冷却器を設けた中間冷却器方式のエコノマイザ回路としてもよい。なお、エコノマイザ回路10は、本発明において必須のものではない。   The refrigeration cycle 9 of the present embodiment injects the gas refrigerant separated by the gas-liquid separator 5 into the intermediate pressure refrigerant compressed by the low-stage compressor 14 of the turbo compressor 2 through the intermediate port. A known economizer circuit 10 is provided. Although this economizer circuit 10 is a gas-liquid separation type economizer circuit 10 using a gas-liquid separator 5, a part of the refrigerant condensed and liquefied by the condenser 3 is divided and the refrigerant is depressurized. It is good also as an economizer circuit of the intercooler system which provided the intercooler which carries out heat exchange with liquid refrigerant. The economizer circuit 10 is not essential in the present invention.

上記した冷凍サイクル9中には、地球温暖化係数(GWP)が5以下、オゾン破壊係数(ODP)が0.00031であって共に低く、飽和温度が18℃以下で負圧となる特性を有するR1233zd(E)冷媒が所要量充填されている。このR1233zd(E)冷媒は、低GWP冷媒であるHCFO(ヒドロクロロフルオロオレフィン)冷媒の1つであり、低圧冷媒であって密度が低く、現行ターボ冷凍機に用いられているHFC冷媒の1つであるR134a冷媒に対して密度が5分の1程度であることが知られている。   In the above-described refrigeration cycle 9, the global warming potential (GWP) is 5 or less, the ozone destruction coefficient (ODP) is 0.00031, both of which are low, and the saturation temperature is negative pressure at 18 ° C. or less. The required amount of R1233zd (E) refrigerant is filled. This R1233zd (E) refrigerant is one of the low GWP refrigerants, HCFO (hydrochlorofluoroolefin) refrigerant, is a low-pressure refrigerant and has a low density, and is one of the HFC refrigerants used in the current turbo refrigerator. It is known that the density is about one fifth of that of the R134a refrigerant.

本実施形態では、このR1233zd(E)冷媒を充填したターボ冷凍機1に組み込まれるターボ圧縮機2を、以下の構成を有するターボ圧縮機2としている。
図2に、そのターボ圧縮機2の概略構成図が示されている。
ターボ圧縮機2は、公知の如く、回転するインペラー(羽根車)により低圧の冷媒ガスを高圧の冷媒ガスに遠心圧縮して冷凍サイクル9内を循環させるものである。
In this embodiment, the turbo compressor 2 incorporated in the turbo refrigerator 1 filled with the R1233zd (E) refrigerant is a turbo compressor 2 having the following configuration.
A schematic block diagram of the turbo compressor 2 is shown in FIG.
As known, the turbo compressor 2 centrifugally compresses a low pressure refrigerant gas into a high pressure refrigerant gas by a rotating impeller (impeller) to circulate the refrigerant cycle 9.

ここでのターボ圧縮機2は、モータ19により駆動され、2段の低段側および高段側インペラー(羽根車)15,17を回転する回転軸18が、モータ19のロータ19Aに直結された直結構造とされるとともに、その回転軸18がハウジング11に対して、前後一対のラジアル磁気軸受20,21と、互いに対向配置されている一対のスラスト磁気軸受23,24とを介して回転自在に支持された構成のターボ圧縮機2とされている。   Here, the turbo compressor 2 is driven by the motor 19, and the rotary shaft 18 for rotating the two-stage low-stage and high-stage impellers (impellers) 15 and 17 is directly connected to the rotor 19A of the motor 19. In addition to the direct coupling structure, the rotary shaft 18 is rotatable relative to the housing 11 via a pair of front and rear radial magnetic bearings 20 and 21 and a pair of thrust magnetic bearings 23 and 24 disposed opposite to each other. It is considered as a turbo compressor 2 of a supported configuration.

つまり、このターボ圧縮機2は、圧縮機ハウジング11Aと、モータハウジング11Bとを一体化したハウジング11を備え、蒸発器7で蒸発された低圧のガス冷媒を冷媒吸込み口12から入口ベーン13を介して吸込み、低段側インペラー15を有する低段側圧縮部14および高段側インペラー17を有する高段側圧縮部16により2段圧縮し、高温高圧のガス冷媒としてスクロールケーシングの吐出口から外部の凝縮器3へと吐出するものであり、低段側圧縮部14と高段側圧縮部16間において、エコノマイザ回路10からの中間圧の冷媒ガスが中間ポートを介してインジェクションされる構成とされている。   That is, the turbo compressor 2 includes the housing 11 in which the compressor housing 11A and the motor housing 11B are integrated, and low-pressure gas refrigerant evaporated in the evaporator 7 is supplied from the refrigerant suction port 12 through the inlet vane 13. Two-stage compression is performed by the low stage side compression unit 14 having the low stage side impeller 15 and the high stage side compression unit 16 having the high stage side impeller 17, and the gas refrigerant of high temperature and high pressure is externally discharged from the discharge port of the scroll casing. The refrigerant gas is discharged to the condenser 3, and the refrigerant gas at the intermediate pressure from the economizer circuit 10 is injected between the low-stage compression unit 14 and the high-stage compression unit 16 through the intermediate port. There is.

2段の低段側インペラー15および高段側インペラー17は、回転軸18の一端側に所定の間隔をおいてそれぞれ一体に結合され、更に、その回転軸18がモータ19のロータ19Aに結合されることによって、インペラー15,17の回転軸18がモータ19に直結された構造とされている。また、モータ19は、ロータ19Aおよびステータ19Bを備え、モータハウジング11B内の略中央部位に収容設置され、図示省略のインバータを介して回転数が可変制御されるように構成されている。   The two-stage low-stage impeller 15 and the high-stage impeller 17 are integrally connected to one end of the rotating shaft 18 at a predetermined distance, and the rotating shaft 18 is further connected to the rotor 19A of the motor 19. Thus, the rotary shaft 18 of the impellers 15 and 17 is directly connected to the motor 19. Further, the motor 19 includes a rotor 19A and a stator 19B, is housed and installed substantially at a central portion in the motor housing 11B, and is configured to variably control the rotational speed via an inverter (not shown).

更に、上記回転軸18は、モータ19の前後に設けられている一対のラジアル磁気軸受20,21によって回転自在に支持されるとともに、その後端部にスラストディスク22が固定設置され、該スラストディスク22を挟んで一対のスラスト磁気軸受23,24が対向配置されることによって支持される構成とされている。なお、一対のスラスト磁気軸受23,24は、コイルに供給される電流により磁気吸引力を発生し、その中央部位にスラストディスク22を位置させることにより、回転軸18にかかるスラスト荷重を支持するものである。   Further, the rotary shaft 18 is rotatably supported by a pair of radial magnetic bearings 20, 21 provided at the front and rear of the motor 19, and the thrust disk 22 is fixedly installed at the rear end. The thrust magnetic bearings 23 and 24 are supported by being disposed so as to face each other. The pair of thrust magnetic bearings 23 and 24 generate a magnetic attraction force by the current supplied to the coils, and support the thrust load applied to the rotating shaft 18 by positioning the thrust disk 22 at the central portion thereof. It is.

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
上記ターボ冷凍機1において、ターボ圧縮機2が駆動されることにより、蒸発器7で蒸発された低圧のガス冷媒が吸込み口12から入口ベーン13を介して吸込まれる。この低圧冷媒は、低段側圧縮部14および高段側圧縮部16において、それぞれ高回転する低段側インペラー15および高段側インペラー17によって低圧から中間圧、中間圧から高圧に2段階で遠心圧縮され、スクロールケーシングに吐出された後、そこから外部の凝縮器3へと圧送される。
According to the configuration described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
In the turbo refrigerator 1, when the turbo compressor 2 is driven, a low pressure gas refrigerant evaporated in the evaporator 7 is sucked from the suction port 12 through the inlet vane 13. The low-pressure refrigerant is centrifuged at two stages, from low pressure to intermediate pressure and from intermediate pressure to high pressure, by the low-stage impeller 15 and the high-stage impeller 17 rotating in high stages in the low-stage compression section 14 and high-stage compression section 16 respectively. After being compressed and discharged into the scroll casing, the pressure is sent from there to the condenser 3 outside.

凝縮器3で冷却媒体と熱交換して凝縮液化された冷媒は、第1減圧装置4、エコノマイザとして機能する気液分離器5、第2減圧装置6を経て過冷却されるとともに、低圧に減圧されて蒸発器7に導かれる。蒸発器7に導かれた低圧液冷媒は、被冷却媒体と熱交換されることにより、被冷却媒体から吸熱してその被冷却媒体を冷却するとともに、自身は蒸発ガス化され、再びターボ圧縮機2に吸込まれて圧縮される動作を繰り返す。   The refrigerant condensed in heat exchange with the cooling medium in the condenser 3 is supercooled via the first pressure reducing device 4, the gas-liquid separator 5 functioning as an economizer, and the second pressure reducing device 6, and the pressure is reduced to low pressure. It is led to the evaporator 7. The low-pressure liquid refrigerant led to the evaporator 7 exchanges heat with the medium to be cooled, thereby absorbing heat from the medium to be cooled and cooling the medium to be cooled. Repeat the operation of being sucked and compressed by 2.

また、気液分離器5で分離、蒸発され、液冷媒を過冷却した冷媒は、エコノマイザ回路10を介してターボ圧縮機2の中間ポートから低段側圧縮部14で圧縮された中間圧の冷媒ガス中にインジェクションされることにより、冷凍能力を向上させるエコノマイザとしての作用を果たす。   Further, the refrigerant which has been separated and evaporated in the gas-liquid separator 5 and has subcooled the liquid refrigerant is an intermediate pressure refrigerant compressed by the lower stage compression section 14 from the intermediate port of the turbo compressor 2 via the economizer circuit 10 By being injected into the gas, it acts as an economizer that improves the refrigeration capacity.

このターボ冷凍機1の冷凍サイクル9内には、地球温暖化係数(GWP)およびオゾン破壊係数(ODP)が共に低く、低圧冷媒であって密度が低いR1233zd(E)冷媒が充填されている。かかる冷媒は、冷凍能力の確保が難しいとされているが、本実施形態では、大流量の冷媒圧縮に好適とされるターボ圧縮機2を、更にインペラー15,17の回転軸18をモータ19に直結した構造のターボ圧縮機2とするとともに、その回転軸18をラジアル磁気軸受20,21およびスラスト磁気軸受23,24で支持した構成のターボ圧縮機2として組み込んでいる。   The refrigeration cycle 9 of the turbo refrigerator 1 is filled with R1233zd (E) refrigerant, which is a low pressure refrigerant having a low global warming potential (GWP) and an ozone destruction coefficient (ODP) and a low density. Such refrigerants are considered to have difficulty in securing the refrigeration capacity, but in the present embodiment, the turbo compressor 2 suitable for high-flow-rate refrigerant compression is further used as the motor 19 for the rotary shaft 18 of the impellers 15 and 17. The turbo compressor 2 having a directly connected structure is incorporated, and the rotary shaft 18 is incorporated as a turbo compressor 2 configured to be supported by radial magnetic bearings 20 and 21 and thrust magnetic bearings 23 and 24.

このため、増速歯車での動力損失や転がり軸受等での軸受損失を低減して、大流量の冷媒の圧縮に適しているターボ圧縮機2の一層の高回転化を図ることにより、低圧冷媒であって密度が低く、またHFC冷媒と比較すると音速が高いため、能力の確保が難しいとされていたR1233zd(E)冷媒を用いたことによる弱点をカバーすることができるとともに、油による潤滑を必要とする増速歯車や転がり軸受等を省いてオイルレス化することにより、潤滑油や油フィルタの交換等の潤滑油系統のメンテナンスを省略化することができる。   For this reason, the low pressure refrigerant is achieved by reducing the power loss in the speed-increasing gear and the bearing loss in the rolling bearings and the like to further increase the rotation speed of the turbo compressor 2 suitable for compressing a large flow of refrigerant. The density is low, and the sound velocity is high compared to the HFC refrigerant, so it is possible to cover the weaknesses of using the R1233zd (E) refrigerant, which was considered difficult to secure the capacity, and it is possible to use oil lubrication. The maintenance of the lubricating oil system such as replacement of the lubricating oil and the oil filter can be omitted by eliminating the necessary speed-increasing gear, rolling bearing and the like to make the oil-less.

これによって、低圧冷媒であって密度が低いR1233zd(E)冷媒を適用しても所要の能力を確保することができるとともに、メンテナンスの頻度やメンテナンスによる冷媒放出の機会を低減して飽和温度が18℃以下で負圧となる冷媒の特性を活かし、冷媒の大気への放出を防止することにより環境負荷を軽減したターボ冷凍機1を提供することができる。また、潤滑油系統を省略化して構成をシンプル化し、低コストで信頼性の高いターボ冷凍機1を提供することができる。   As a result, the required capacity can be secured even if it is a low pressure refrigerant and low density R1233zd (E) refrigerant is applied, and the frequency of maintenance and the opportunity of refrigerant discharge due to maintenance are reduced, and the saturation temperature is 18 It is possible to provide the turbo refrigerator 1 in which the environmental load is reduced by preventing the discharge of the refrigerant into the atmosphere by making use of the characteristics of the refrigerant which has a negative pressure at 0 ° C. or less. Further, the lubricating oil system can be omitted to simplify the configuration, and a low cost and highly reliable turbo refrigerator 1 can be provided.

なお、上記実施形態では、2段圧縮するターボ圧縮機2の例について説明したが、本発明において、ターボ圧縮機2は、2段圧縮するものに限らず、単段圧縮や、3段以上に多段圧縮するタイプのターボ圧縮機としてもよく、要はターボ圧縮機2が、インペラー(羽根車)の回転軸18をモータ19に直結した直結構造のターボ圧縮機2であって、その回転軸18が磁気軸受によって支持されているものであればよい。   In the above embodiment, the example of the turbo compressor 2 performing two-stage compression has been described, but in the present invention, the turbo compressor 2 is not limited to two-stage compression, but may be single-stage compression or three or more stages. The turbo compressor 2 may be a multi-stage compression type turbo compressor, and the main point is that the turbo compressor 2 is a direct-coupled turbo compressor 2 in which the rotary shaft 18 of the impeller (impeller) is directly connected to the motor 19. May be supported by magnetic bearings.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について、図3および図4を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第1実施形態に対して、回転軸18を回転自在に支持する軸受がオイルレスのセラミック材製軸受25,26とされている点が異なる。その他の点については、第1実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、回転軸18を回転自在に支持する軸受をラジアル磁気軸受20,21およびスラスト磁気軸受23,24に替えて、図3に示されるように、オイルレスのセラミック材製すべり軸受あるいは転がり軸受25,26(以下、本発明ではセラミック材製軸受という。)とした構成としている。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described using FIGS. 3 and 4.
The present embodiment differs from the above-described first embodiment in that the bearings that rotatably support the rotating shaft 18 are oil-less ceramic bearings 25 and 26. The other points are the same as in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
In the present embodiment, the bearings for rotatably supporting the rotating shaft 18 are replaced with the radial magnetic bearings 20, 21 and the thrust magnetic bearings 23, 24, and as shown in FIG. The roller bearings 25 and 26 (hereinafter, referred to as ceramic material bearings in the present invention) are used.

ここでのセラミック材製軸受25,26は、窒化珪素を材料としたものであり、高い耐久性を確保し、オイルレスでも長寿命化できるようにしたものである。本実施形態においては、このセラミック材製軸受25,26を冷凍サイクル9側から抽出した液冷媒を介して冷却・潤滑可能な構成としている。つまり、冷凍サイクル9側から凝縮器3で凝縮液化された高圧液冷媒の一部あるいは凝縮器3から蒸発器7に至る配管または機器から低圧液冷媒の一部を冷媒抽出管27により抽出し、その液冷媒を流量制御弁28で流量を調整してセラミック材製軸受25,26の軸受箱25A,26Aに供給することにより、セラミック材製軸受25,26を液冷媒で冷却・潤滑できるようにしている。   Here, the ceramic bearings 25 and 26 are made of silicon nitride, and ensure high durability and can extend the life even without oil. In this embodiment, the ceramic bearings 25 and 26 can be cooled and lubricated through the liquid refrigerant extracted from the refrigeration cycle 9 side. That is, the refrigerant extraction pipe 27 extracts part of the high pressure liquid refrigerant condensed or liquefied by the condenser 3 from the refrigeration cycle 9 side or part of the low pressure liquid refrigerant from piping or equipment from the condenser 3 to the evaporator 7 The flow rate of the liquid refrigerant is adjusted by the flow control valve 28 and supplied to the bearing boxes 25A and 26A of the ceramic bearings 25 and 26 so that the ceramic bearings 25 and 26 can be cooled and lubricated by the liquid refrigerant. ing.

また、本実施形態では、セラミック材製軸受25,26だけでなく、上記液冷媒によってモータ19をも冷却できるように、冷媒抽出管27、流量制御弁28を経て導入される液冷媒の一部を、モータ19のステータ19Bに設けられている冷媒注入穴19Cを介してモータ19のエアギャップ部19Dに導入し、ロータ19Aおよびステータ19Bの双方を冷却可能な構成としている。このセラミック材製軸受25,26およびモータ19を冷却した冷媒は、モータハウジング11Bの冷媒溜まり29に集められ、冷媒排出管30を介して冷凍サイクル9側の蒸発器7等の低圧領域に戻されるようになっている。   Further, in this embodiment, a part of the liquid refrigerant introduced through the refrigerant extraction pipe 27 and the flow control valve 28 so that the motor 19 can be cooled not only by the ceramic bearings 25 and 26 but also by the liquid refrigerant. Is introduced into the air gap portion 19D of the motor 19 through the refrigerant injection hole 19C provided in the stator 19B of the motor 19 so that both the rotor 19A and the stator 19B can be cooled. The refrigerant that has cooled the ceramic bearings 25 and 26 and the motor 19 is collected in the refrigerant reservoir 29 of the motor housing 11B and returned to the low pressure region of the evaporator 7 etc. on the refrigeration cycle 9 side via the refrigerant discharge pipe 30. It is supposed to be.

さらに、上記エアギャップ部19Dに導入された液冷媒を速やかに排出してモータ19での風損を低減するため、図4に示されるように、モータ19におけるロータ19Aの外周面、ステータ19Bの内周面あるいはロータ19Aの端面に設けられているバランスリング31の外周面の少なくともいずれか1箇所以上に、エアギャップ部19Dに供給された液冷媒をその軸方向外側に向って流通させる螺旋溝32A,32B,32Cを設けた構成としている。なお、この螺旋溝32A,32B,32Cは、螺旋溝32Cをバランスリング31の外周面に設けるのが加工上から見て最も好ましいと思われる。   Furthermore, in order to quickly discharge the liquid refrigerant introduced into the air gap portion 19D to reduce the windage loss in the motor 19, as shown in FIG. 4, the outer peripheral surface of the rotor 19A in the motor 19, the stator 19B A spiral groove that causes the liquid refrigerant supplied to the air gap portion 19D to flow outward in the axial direction on at least one of the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the balance ring 31 provided on the end face of the rotor 19A. 32A, 32B, and 32C are provided. The spiral grooves 32A, 32B and 32C are considered to be most preferable in view of processing from the spiral groove 32C provided on the outer peripheral surface of the balance ring 31.

以上のように、回転軸18を支持する軸受をオイルレスのセラミック材製軸受25,26とすることによっても、第1実施形態と同様、増速歯車での動力損失や転がり軸受等での軸受損失を低減して、大流量の冷媒圧縮に適しているターボ圧縮機2の一層の高回転化を図ることにより、低圧冷媒であって密度が低く、またHFC冷媒と比較すると音速が高いため、能力の確保が難しいとされていたR1233zd(E)冷媒を用いたことによる弱点をカバーすることができるとともに、油による潤滑を必要とする増速歯車や転がり軸受等を省いてオイルレス化することにより、潤滑油や油フィルタの交換等の潤滑油系統のメンテナンスを省略化することができる。   As described above, also by using the oil-less ceramic bearings 25 and 26 as the bearings for supporting the rotary shaft 18, as in the first embodiment, the power loss in the speed-increasing gear, the bearing in the rolling bearings, etc. By reducing the loss and further increasing the rotation speed of the turbo compressor 2 suitable for high flow rate refrigerant compression, it is a low pressure refrigerant with a low density, and a high sound velocity as compared with the HFC refrigerant, It is possible to cover the weaknesses of using R1233zd (E) refrigerant, which has been considered difficult to secure its capacity, and eliminate the speed-up gears and rolling bearings that require oil lubrication to make it oil-less As a result, maintenance of the lubricating oil system such as replacement of lubricating oil or oil filter can be omitted.

このため、低圧冷媒であって密度が低いR1233zd(E)冷媒を適用しても所要の能力を確保することができるとともに、メンテナンスの頻度やメンテナンスによる冷媒放出の機会を低減して飽和温度が18℃以下で負圧となる冷媒の特性を活かし、冷媒の大気への放出を防止することによって環境負荷を軽減したターボ冷凍機1を提供することができる。また、潤滑油系統を省略化して構成をシンプル化し、低コストで信頼性の高いターボ冷凍機1を提供することができる。   For this reason, even if it is a low-pressure refrigerant and the low density R1233zd (E) refrigerant is applied, the required capacity can be secured, and the frequency of maintenance and the opportunity for refrigerant discharge due to maintenance are reduced It is possible to provide the turbo refrigerator 1 in which the environmental load is reduced by preventing the discharge of the refrigerant into the atmosphere by making use of the characteristics of the refrigerant which has a negative pressure at 0 ° C. or less. Further, the lubricating oil system can be omitted to simplify the configuration, and a low cost and highly reliable turbo refrigerator 1 can be provided.

また、セラミック材製軸受25,26の軸受箱25A,26Aおよびモータ19のエアギャップ部19Dに対し、冷凍サイクル9側から冷媒抽出管27、流量制御弁28および冷媒排出管30を介して液冷媒が冷却・潤滑媒体として循環可能とされているため、セラミック材製軸受25,26を液冷媒で冷却・潤滑することにより、その耐久性を向上することができるとともに、高回転化されるモータ19を液冷媒で冷却することにより冷却性能を確保し、その熱ロスや保護停止を抑止することができる。従って、オイルレス化してもセラミック材製軸受25,26やモータ19を十分冷却・潤滑することができ、その耐久性や性能を向上した高性能で信頼性の高い、しかも環境負荷の小さいターボ冷凍機1を提供することができる。   Further, with respect to the bearing boxes 25A and 26A of the ceramic bearings 25 and 26 and the air gap portion 19D of the motor 19, the liquid refrigerant through the refrigerant extraction pipe 27, the flow control valve 28 and the refrigerant discharge pipe 30 from the refrigeration cycle 9 side. The motor can be circulated as a cooling / lubricating medium, so that the durability can be improved by cooling / lubricating the ceramic bearings 25 and 26 with liquid refrigerant, and the motor 19 can be highly rotated. By cooling the liquid with liquid refrigerant, the cooling performance can be secured, and the heat loss and the protection stop can be suppressed. Therefore, even if oil-less, the ceramic bearings 25 and 26 and the motor 19 can be sufficiently cooled and lubricated, and their performance and performance are improved. Machine 1 can be provided.

さらに、上記実施形態では、モータ19におけるステータ19Bの内周面、ロータ19Aの外周面あるいはロータ端面に設けられているバランスリング31の外周面の少なくともいずれか1箇所以上に、モータ19のエアギャップ部19Dに供給された液冷媒をその軸方向外側に流通させる螺旋溝32A,32B,32Cを設けている。このため、エアギャップ部19Dに供給された液冷媒を、その螺旋溝32A,32B,32Cによって軸方向外側に流通させ、速やかに排出することができる。従って、液冷媒によるモータ19の冷却効果をより向上することができるとともに、液冷媒を撹拌することによるモータ19の風損を低減し、モータ効率を一層高めることができる。   Furthermore, in the above embodiment, the air gap of the motor 19 is at least one of the inner peripheral surface of the stator 19B of the motor 19, the outer peripheral surface of the rotor 19A, or the outer peripheral surface of the balance ring 31 provided on the rotor end surface. There are provided spiral grooves 32A, 32B, 32C which allow the liquid refrigerant supplied to the portion 19D to flow outward in the axial direction. Therefore, the liquid refrigerant supplied to the air gap portion 19D can be made to flow axially outward by the spiral grooves 32A, 32B, 32C, and can be quickly discharged. Therefore, the cooling effect of the motor 19 by the liquid refrigerant can be further improved, and the windage loss of the motor 19 by stirring the liquid refrigerant can be reduced, and the motor efficiency can be further enhanced.

また、上記実施形態においては、モータ19を冷媒注入穴19Cから高圧液冷媒または低圧液冷媒を導入して冷却するようにしているが、これら液冷媒に替えて蒸発器7で蒸発して低圧ガス冷媒を導入してモータ19を冷却する構成としてもよい。このように、モータ19の冷却媒体として低圧ガス冷媒を導入する構成とすることによって、液冷媒を導入した場合に比べ、モータ19による撹拌損失を低減することができるため、モータ19を十分冷却して熱ロス等を低減することができるとともに、撹拌損失を更に低減してモータ19の効率を高め、より高回転化することができる。   In the above embodiment, the motor 19 is cooled by introducing the high-pressure liquid refrigerant or the low-pressure liquid refrigerant from the refrigerant injection hole 19C, but instead of these liquid refrigerants, the low-pressure gas is evaporated by the evaporator 7. The structure may be such that the motor 19 is cooled by introducing a refrigerant. As described above, by introducing the low-pressure gas refrigerant as a cooling medium for the motor 19, the stirring loss due to the motor 19 can be reduced as compared with the case where the liquid refrigerant is introduced. As a result, heat loss and the like can be reduced, and the stirring loss can be further reduced to increase the efficiency of the motor 19 and achieve higher rotation.

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、エコノマイザ回路10を備えた冷凍サイクル9に適用した例について説明したが、ターボヒートポンプのヒートポンプサイクルにも同様に適用できることはもちろんである。また、上記第1実施形態において、磁気軸受20,21,23,24およびモータ19を第2実施形態の如く、冷媒を用いて冷却可能な構成としてもよい。   The present invention is not limited to the invention according to the above-described embodiment, and appropriate modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, although the above-mentioned embodiment explained an example applied to refrigeration cycle 9 provided with economizer circuit 10, of course, it is applicable also to a heat pump cycle of turbo heat pump. In the first embodiment, the magnetic bearings 20, 21, 23, 24 and the motor 19 may be configured to be cooled using a refrigerant as in the second embodiment.

1 ターボ冷凍機
2 ターボ圧縮機
3 凝縮器
4 第1減圧装置
5 気液分離器
6 第2減圧装置
7 蒸発器
8 冷媒配管(配管)
9 冷凍サイクル
14 低段側圧縮部
15 低段側インペラー(羽根車)
16 高段側圧縮部
17 高段側インペラー(羽根車)
18 回転軸
19 モータ
19A ロータ
19B ステータ
19C 冷媒注入穴
19D エアギャップ部
20,21 ラジアル磁気軸受
23,24 スラスト磁気軸受
25,26 セラミック材製軸受
25A,26A 軸受箱
27 冷媒抽出管
28 流量制御弁
29 冷媒溜まり
30 冷媒排出管
31 バランスリング
32A,32B,32C 螺旋溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 turbo refrigerator 2 turbo compressor 3 condenser 4 1st pressure reduction apparatus 5 gas-liquid separator 6 2nd pressure reduction apparatus 7 evaporator 8 refrigerant piping (piping)
9 refrigeration cycle 14 low pressure side compression section 15 low pressure side impeller (impeller)
16 High-stage compression section 17 High-stage impeller (impeller)
Reference Signs List 18 rotary shaft 19 motor 19A rotor 19B stator 19C refrigerant injection hole 19D air gap portion 20, 21 radial magnetic bearings 23, 24 thrust magnetic bearings 25, 26 ceramic bearings 25A, 26A bearing box 27 refrigerant extraction pipe 28 flow control valve 29 Refrigerant reservoir 30 Refrigerant discharge pipe 31 Balance ring 32A, 32B, 32C Spiral groove

Claims (5)

ターボ圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器が順次配管を介して接続されることにより閉サイクルの冷凍サイクルが構成され、そのサイクル内に冷媒が充填されているターボ冷凍機において、
前記冷媒が、地球温暖化係数およびオゾン破壊係数が共に低い低圧冷媒であるR1233zd(E)冷媒とされ、
前記ターボ圧縮機が、インペラーの回転軸をモータに直結した直結構造のターボ圧縮機とされるとともに、
前記回転軸を支持する軸受が、磁気軸受とされていることを特徴とするターボ冷凍機。
In a turbo refrigerator in which a closed cycle refrigeration cycle is configured by sequentially connecting a turbo compressor, a condenser, a pressure reducing device and an evaporator via a pipe, and the cycle is filled with a refrigerant,
The refrigerant is an R1233zd (E) refrigerant which is a low pressure refrigerant having low global warming potential and low ozone depletion potential.
The turbo compressor is a turbo compressor having a direct connection structure in which the rotary shaft of the impeller is directly connected to a motor,
A turbo chiller characterized in that a bearing for supporting the rotating shaft is a magnetic bearing.
ターボ圧縮機、凝縮器、減圧装置および蒸発器が順次配管を介して接続されることにより閉サイクルの冷凍サイクルが構成され、そのサイクル内に冷媒が充填されているターボ冷凍機において、
前記冷媒が、地球温暖化係数およびオゾン破壊係数が共に低い低圧冷媒であるR1233zd(E)冷媒とされ、
前記ターボ圧縮機が、インペラーの回転軸をモータに直結した直結構造のターボ圧縮機とされるとともに、
前記回転軸を支持する軸受が、オイルレスのセラミック材製軸受とされていることを特徴とするターボ冷凍機。
In a turbo refrigerator in which a closed cycle refrigeration cycle is configured by sequentially connecting a turbo compressor, a condenser, a pressure reducing device and an evaporator via a pipe, and the cycle is filled with a refrigerant,
The refrigerant is an R1233zd (E) refrigerant which is a low pressure refrigerant having low global warming potential and low ozone depletion potential.
The turbo compressor is a turbo compressor having a direct connection structure in which the rotary shaft of the impeller is directly connected to a motor,
A turbo chiller characterized in that a bearing for supporting the rotating shaft is an oil-less ceramic bearing.
前記軸受の軸受箱および前記モータのエアギャップ部に対して、前記冷凍サイクル側から冷媒液が冷却・潤滑媒体として循環可能に構成されていることを特徴とする請求項2に記載のターボ冷凍機。   The turbo refrigerator according to claim 2, wherein the refrigerant liquid is configured to be circulated as a cooling / lubricating medium from the refrigeration cycle side to the bearing box of the bearing and the air gap portion of the motor. . 前記モータのエアギャップ部に対して、前記冷媒液に替えて低圧ガス冷媒が供給可能とされていることを特徴とする請求項3に記載のターボ冷凍機。   The turbo refrigerator according to claim 3, wherein a low pressure gas refrigerant can be supplied to the air gap portion of the motor instead of the refrigerant liquid. 前記モータのステータ内周面、ロータ外周面あるいはロータ端面に設けられているバランスリングの外周面の少なくともいずれか1箇所以上に、前記モータのエアギャップ部に供給された前記冷媒液または低圧ガス冷媒をその軸方向外側に流通する螺旋溝が設けられていることを特徴とする請求項3または4に記載のターボ冷凍機。
The refrigerant liquid or low-pressure gas refrigerant supplied to the air gap portion of the motor on at least one of the stator inner peripheral surface, the rotor outer peripheral surface, or the outer peripheral surface of the balance ring provided on the rotor end surface The turbo refrigerator according to claim 3 or 4, wherein a spiral groove is provided to flow in the axial direction to the outside.
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