JP2019526736A

JP2019526736A - 冷媒圧縮機

Info

Publication number: JP2019526736A
Application number: JP2019510685A
Authority: JP
Inventors: ジャスティンジョンシクオ、
Original assignee: ダンフォス・エイ／エス
Priority date: 2016-08-25
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2019-09-19
Also published as: CN109952440A; US10989222B2; EP3504440A1; KR20190044615A; US20200173464A1; EP3504440A4; WO2018038818A1

Abstract

本開示の１つの例示的な実施形態は冷媒圧縮機に関する。圧縮機は、複数のブレード及びベーンを有する軸方向部と、羽根車を有する遠心部とを含む。遠心部は、軸方向部の下流に配置される。

Description

本開示は、例えば冷却に用いる圧縮機に関する。

関連出願
本出願は、その全体が参照により本明細書に含まれる、２０１６年８月２５日に出願された米国仮出願第６２／３７９，３６７号の利益を主張する。

冷媒圧縮機は、冷媒ループを通して冷却装置内で冷媒を循環させるのに使用される。冷媒ループは、凝縮器、膨張装置、及び蒸発器を含むことが知られている。圧縮機は流体を圧縮し、流体は次に、流体を冷却して凝縮させる凝縮器へ移動する。冷媒は次に、流体の圧力を低下させる膨張装置と、流体を蒸発させる蒸発器とに進み、冷凍サイクルを完了する。

環境規制により、地球温暖化係数及びオゾン層破壊係数を最小にするのに好ましい作動圧力の低い冷媒が好まれるようになった。これらの作動圧力の低い冷媒は、作動圧力の高い冷媒よりも低い蒸気密度を有し、同じ質量流量を通過させるのにより大きな断面積を必要とする。このより大きな断面積は、作動圧力の高い冷媒を使用する機械よりも大きな機械サイズ及び低い軸速度の原因となる。

本開示の例示的な態様による例示的な冷媒圧縮機は、複数のブレード及びベーンを有する軸方向部と、羽根車を有する遠心又は斜流部とを含む。遠心又は斜流部は、軸方向部の下流に配置される。

前述のシステムの更なる実施形態において、遠心部の上流にフラッシュ蒸気ポートが配置される。

前述のシステムの更なる実施形態において、軸方向部の上流に入口案内翼が配置される。

前述のシステムの更なる実施形態において、遠心流部の上流で且つ軸方向部の下流に入口案内翼が配置される。

前述のシステムの更なる実施形態において、入口案内翼は可変入口案内翼である。

前述のシステムの更なる実施形態において、軸方向部の上流に第１入口案内翼が配置され、軸方向部の下流に第２入口案内翼が配置される。

前述のシステムの更なる実施形態において、遠心部の下流にディフューザーが配置される。

前述のシステムの更なる実施形態において、冷媒圧縮機は冷却システムの一部である。

前述のシステムの更なる実施形態において、作動流体用の流路がハブとケーシングとによって画定される。

前述のシステムの更なる実施形態において、作動流体は、ＨＦＯ−１２３３ＺＤ、Ｒ１２３、ＤＲ−２、及びＨＦＯ−１３３６ＭＺＺのうちの１つである。

前述のシステムの更なる実施形態において、遠心部の上流に複数のブレードを有するデスワーラ列が配置される。

本開示の例示的な態様による例示的な冷媒圧縮機が、回転軸の周りに配置された軸方向部及び遠心部と、流体流路とを含む。流体流路は、軸方向部において回転軸に対して実質的に平行であり、流体流路は遠心部の一部において回転軸に対して実質的に垂直である。

前述のシステムの更なる実施形態において、軸方向部は複数のブレード及び複数のベーンを含み、遠心部は羽根車を含む。

前述のシステムの更なる実施形態において、遠心部はディフューザーを含み、流体は渦形室を通って流路を出る。

前述のシステムの更なる実施形態において、流体は冷媒である。

前述のシステムの更なる実施形態において、冷媒は、ＨＦＯ−１２３３ＺＤ、Ｒ１２３、ＤＲ−２、及びＨＦＯ−１３３６ＭＺＺのうちの１つである。

前述のシステムの更なる実施形態において、圧縮機は入口案内翼を含む。

様々な態様又はそれぞれの個々の特徴のいずれかを含む、前段落、特許請求の範囲、又は以下の説明及び図面の実施形態、実施例及び代替案は、独立して又は任意の組み合わせで用いることができる。一実施形態に関連して説明された特徴は、そのような特徴が不適合である場合を除き、全ての実施形態に適用可能である。

図面は、以下のように簡単に説明することができる。
冷媒ループの概略図を示す。冷媒圧縮機を示す。冷媒圧縮機の他の実施形態を示す。冷媒圧縮機の他の実施形態を示す。冷媒圧縮機の他の実施形態を示す。冷媒圧縮機の他の実施形態を示す。冷媒圧縮機の他の実施形態を示す。

図１は、冷媒冷却システム１０を示す。冷媒システム１０は、圧縮機１４、凝縮器１６、蒸発器１８、及び膨張装置２０と連通する主冷媒ループ又は回路１２を含む。この冷媒システム１０は、例えば冷却装置に用いることができる。特に、冷媒システム１０の特定の例が示されているが、この適用は他の冷媒システムの形態にも及ぶ。例えば、主冷媒ループ１２は、凝縮器１６の下流で且つ膨張装置２０の上流にエコノマイザーを含むことができる。

冷媒冷却システム１０は、冷媒を循環させる。環境に優しいという理由で作動圧力の低い冷媒がますます好まれている。作動圧力の低い冷媒は、システム効率、可燃性、及び毒性においても利点を提供する。作動圧力の低い冷媒は、ＨＦＣ−１３４ａ又はＨＦＯ−１２３４ＺＥなどの従来の冷媒よりも低い蒸気圧レベル、低い飽和圧力、及び低い密度を有する。その結果として、作動圧力の低い冷媒はより高い体積流量を必要とする。このような作動圧力の低い冷媒の例には、Ｒ１２３、ＨＦＯ−１２３３ＺＤ、ＨＦＯ−１３３６ＭＺＺ、及びＤＲ−２が含まれる。一実施形態において、作動圧力の低い冷媒は、摂氏４．４度（すなわち華氏約４０度）で１００キロパスカル（ｋＰａ）（すなわち約１４．５ｐｓｉａ）未満の飽和蒸気圧を有する。他の実施形態において、作動圧力の低い冷媒は、環境保護庁の冷媒リサイクル規則によって定義されるように、華氏１０４度（摂氏４０度）で４５ポンド／平方インチ絶対圧力（ｐｓｉａ）（すなわち約３１０ｋＰａ）未満の液相の飽和圧力を有する冷媒を含む。

図２は、作動圧力の低い冷媒用の例示的な冷媒圧縮機１４を示す。この実施例では、圧縮機１４は、回転軸Ｘの周りに配置された軸流圧縮機部１９と遠心圧縮機部２１とを含む。流体流路Ｆが、内部のハブ２２と外部のシュラウド又はケーシング２４とによって画定される。圧縮機１４の入口２５が、蒸発器１８から流体Ｆを受け取る。入口２５において、流体は回転軸Ｘに対して実質的に平行に流れている。この実施例では、圧縮機１４の第１段は単段軸流部１９である。単段軸流部１９は、動翼の配列を有するローター列２８と、静翼の配列を有するステーター列３０とを含む。ローター列２８のブレードは、所望の圧縮比を提供するように構成される。一実施形態において、ブレードは、ブレード先端部の性能損失に対処するのに役立つシュラウドなどの先端部処理を含むことができる。ローター列２８は蒸気のエンタルピーを上昇させる。

ステーター列３０は、蒸気の静圧を高め、蒸気の旋回を変化させる。ステーター列３０のベーンは、ローター列２８のブレードによって付与された角度のある流れ成分を除去し、作動流体Ｆが圧縮機１４内で下流に向けられるときに軸方向の流れ方向を取り戻すように構成される。一実施形態において、静翼は静止していることができる。他の実施形態において、ステーター列３０を半径方向に調整して、従来の戻り流路ベーンなしで軸流部１９からの流路Ｆの円滑な移行を可能にすることができる。ローター列２８及びステーター列３０は、合わせて単一の圧縮段を提供する。しかしながら、本開示は、軸流圧縮機内に更なる段又はより少ない段を有する圧縮機にも及ぶことを理解されたい。

第２段目の蒸気圧縮のために軸流部１９の下流に遠心部２１が配置される。遠心部２１は遠心羽根車３４を含む。一実施形態において、流体は遠心部２１で半径方向外向きに流れる。言い換えれば、流体Ｆは、遠心部２１の一部において軸Ｘに対して実質的に垂直に流れる。遠心羽根車３４は、フルブレード、又はフルブレードとスプリッタブレードとの組み合わせを含むことができる。他の実施形態において、遠心部２１は単列又は複数列のスプリッタブレードを含むことができる。スプリッタブレードを追加することにより、羽根車３４の流量能力を増大させることができる。更なる実施形態において、羽根車３４の下流にディフューザー３６が配置される。ディフューザー３６は、羽根無しディフューザー、単列又は複数列の羽根付きディフューザー、又はパイプディフューザーであることができる。ディフューザー３６は、様々な動作状態中の容量制御だけでなく、圧縮機１４の安定動作範囲を改善することができ、それはより高い圧縮機効率をもたらすことができる。ディフューザー３６を通過した後、流体Ｆは渦形室３８を通って圧縮機１４を出て、凝縮器１６に進む。他の実施形態において、単純な収集器又は軸方向出口流路が渦巻き３８の代わりになることができる。いくつかの実施形態において、設計仕様によっては斜流圧縮機が遠心部２１の代わりになることができる。斜流圧縮機は、軸方向成分と半径方向成分とを組み合わせて斜めの流体流を有する羽根車を含む。斜流圧縮機は、より小さい直径のシュラウド又はケーシング２４を可能にすることができる。

いくつかの実施形態において、遠心部２１の上流にデスワーラ列３９が配置される。デスワーラ列３９は複数のブレードを含み、流体流Ｆが遠心部２１に入る前に追加の旋回流を除去する。いくつかの実施形態において、圧縮機１４は、軸流部１９の上流に入口案内翼４０を含む。入口案内翼４０は固定又は可変であることができる。更なる実施形態において、入口案内翼４０は単一の可変入口案内翼である。他の実施形態において、圧縮機１４は、軸流部１９と遠心部２１との間に単一の可変入口案内翼４２を含む。入口案内翼４２は、第１段の入射角を制御するために回転速度成分を与えること、又はより高い比容積まで作動流体Ｆを膨張させること、或いはその両方によってシステム効率及び安定性を改善するように構成されることができる。２つの入口案内翼４０、４２が示されているが、圧縮機１４はより多い入口案内翼又はより少ない入口案内翼を含むことができる。

更なる実施形態において、遠心羽根車３４の上流にフラッシュ蒸気ポート４４が配置される。蒸気ポート４４は、エコノマイザーからの少量のフラッシュ蒸気を流路Ｆに加え、それによって冷凍サイクル効率が改善される。

図３は、冷媒圧縮機の他の実施形態を示す。この実施形態において、蒸気ポート４４は、デスワーラ列３９の下流で且つ遠心部２１の上流に配置される。図示の実施形態は入口案内翼を含まないが、いくつかの実施形態は、軸流部１９及び／又は遠心流部２１の上流に入口案内翼を含むことができる。

図４は、冷媒圧縮機の他の実施形態を示す。この実施形態において、圧縮機１４はデスワーラ列も入口案内翼も含まない。

図５は、冷媒圧縮機の他の実施形態を示す。この実施形態において、圧縮機１４は、軸流部１９の上流に可変入口案内翼４０を含む。蒸気ポート４４は、デスワーラ列３９の下流に配置される。

図６は、冷媒圧縮機の他の実施形態を示す。この実施形態において、軸流部１９の上流に可変入口案内翼４０が配置され、圧縮機１４はデスワーラ列を含まない。

図７は、冷媒圧縮機の他の実施形態を示す。この実施形態において、軸流部１９の上流に入口案内翼４０が配置され、軸流部１９の下流で且つ遠心流部２１の上流に入口案内翼４２が配置される。蒸気ポート４４は、軸流部１９のローター列２８とステーター列３０との間に配置される。

遠心部２１（又は斜流圧縮機）の上流の軸流部１９のこれらの組み合わせは、作動圧力の低い冷媒を用いてより高い軸速度を有するよりコンパクトな圧縮機をもたらす。いくつかの実施形態において、軸速度は、従来の中又は高作動圧力の冷媒圧縮機の軸速度と同様である。よりコンパクトな圧縮機は更にコスト削減をもたらし、作動圧力の低い冷媒の使用はサイクル効率を改善する。

「軸方向」及び「半径方向」、「遠心」又は「斜流」などの用語は、圧縮機の通常の動作姿勢に関して上記で使用されていることを理解されたい。また、これらの用語は、本明細書において説明の目的で使用されており、限定的であるとみなされるべきではない。「約」などの用語は、境界のない用語であることを意図するものではなく、当業者がそれらの用語を解釈する方法と一致して解釈されるべきである。

様々な実施例は図に示される特定の構成要素を有するが、本開示の実施形態はそれらの特定の組み合わせに限定されない。１つの実施例からの構成要素又は特徴のいくつかを、他の実施例からの特徴又は構成要素と組み合わせて使用することが可能である。

当業者であれば、上述の実施形態は例示的であり限定的ではないことを理解するであろう。すなわち、本開示の改良は特許請求の範囲内に入るであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、それらの真の範囲及び内容を明らかにするために検討されるべきである。

Claims

冷媒圧縮機であって、
複数のブレード及びベーンを有する軸方向部と、
前記軸方向部の下流の羽根車を有する遠心部と
を含む冷媒圧縮機。
前記遠心部の上流にフラッシュ蒸気ポートが配置される、請求項１に記載の冷媒圧縮機。
前記軸方向部の上流に入口案内翼が配置される、請求項１に記載の冷媒圧縮機。
前記入口案内翼は可変入口案内翼である、請求項３に記載の冷媒圧縮機。
前記遠心部の上流で且つ前記軸方向部の下流に入口案内翼が配置される、請求項１に記載の冷媒圧縮機。
前記入口案内翼は可変入口案内翼である、請求項５に記載の冷媒圧縮機。
前記軸方向部の上流に第１入口案内翼が配置され、前記軸方向部の下流に第２入口案内翼が配置される、請求項１に記載の冷媒圧縮機。
前記遠心部の下流にディフューザーを更に含む、請求項１に記載の冷媒圧縮機。
前記冷媒圧縮機は冷却システムの一部である、請求項１に記載の冷媒圧縮機。
作動流体用の流路がハブとケーシングとによって画定される、請求項１に記載の冷媒圧縮機。
前記作動流体は、ＨＦＯ−１２３３ＺＤ、Ｒ１２３、ＤＲ−２、及びＨＦＯ−１３３６ＭＺＺのうちの１つである、請求項１０に記載の冷媒圧縮機。
前記遠心部の上流に配置された複数のブレードを有するデスワーラ列を更に含む、請求項１に記載の冷媒圧縮機。
冷媒圧縮機であって、
回転軸の周りに配置された軸方向段及び遠心段と、
前記軸方向段において前記回転軸に対して実質的に平行であり且つ前記遠心段において前記回転軸に対して実質的に垂直である流体流路と
を含む冷媒圧縮機。
前記軸方向段は複数のブレード及び複数のベーンを含み、前記遠心段は羽根車を含む、請求項１３に記載の冷媒圧縮機。
前記遠心段はディフューザーを含み、前記流体は渦形室を通って前記流路を出る、請求項１３に記載の冷媒圧縮機。
前記流体は冷媒である、請求項１３に記載の冷媒圧縮機。
前記冷媒は、ＨＦＯ−１２３３ＺＤ、Ｒ１２３、ＤＲ−２、及びＨＦＯ−１３３６ＭＺＺのうちの１つである、請求項１６に記載の冷媒圧縮機。
前記遠心段の上流にフラッシュ蒸気ポートが配置される、請求項１３に記載の冷媒圧縮機。
入口案内翼を更に含む、請求項１３に記載の冷媒圧縮機。
冷媒圧縮機であって、
複数のブレード及びベーンを有する軸方向部と、
前記軸流部の下流の斜流部と
を含む冷媒圧縮機。