JP2022045372A - 圧縮機、および該圧縮機を備えた冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑剤が冷媒液と混じり合うことがない構造を備えた圧縮機を提供する。
【解決手段】冷凍機内の冷媒ガスを圧縮するための圧縮機１は、羽根車１１と、羽根車１１と一体に回転可能な回転体１２と、回転体１２を回転可能に支持する転がり軸受２５と、転がり軸受２５内に保持された潤滑剤と、転がり軸受２５が配置される軸受室３１を形成する軸受ハウジング３５と、軸受室３１に連通し、圧縮機１によって圧縮された冷媒ガスを軸受室３１内に供給するためのガス供給流路５１と、軸受室３１の外側の空間に連通し、かつ軸受室３１内の圧力よりも低い圧力の領域に連通する連通流路４５を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍機に使用される圧縮機に関し、特に圧縮機の軸受の潤滑構造に関する。

冷凍空調装置などに利用される圧縮式冷凍機は、冷媒を封入したクローズドシステムとして構成される。圧縮式冷凍機は、一般に、被冷却流体から熱を奪って冷媒が蒸発して冷凍効果を発揮する蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した冷媒ガスを圧縮して高圧の冷媒ガスを生成する圧縮機と、高圧の冷媒ガスを冷却流体で冷却して凝縮させる凝縮器を、冷媒配管によって連結して構成されている。

圧縮機は、冷媒ガスを圧縮するための羽根車と、羽根車が固定された回転体を支持する軸受を備えている。軸受の焼付きや摩耗を抑制するために、油を用いて軸受を潤滑している。油は、一般に冷媒液と相溶性のあるものが選定される。圧縮式冷凍機は、その全体が密閉構造を有しており、冷媒流路に漏洩した油は、冷媒液に溶解された状態で、冷媒液とともに冷凍機内を循環する。

特開２００８－１４５７７号公報

しかしながら、冷媒液に溶解された油を軸受の潤滑に再利用するためには、油を冷媒液から分離し、かつ分離した油を軸受に供給するための構造が必要となり、冷凍機全体の構造が複雑となる。また、油と冷媒液とが混ざると、油の粘性が低下し、油の潤滑性能が低下する。さらに、油は、蒸発器の熱交換器に付着し、熱伝達を阻害する。また、冷媒液が気化するときに油が泡になり、液状の油を軸受に供給できず、結果として、軸受の潤滑が不十分となる。

そこで、本発明は、潤滑剤が冷媒液と混じり合うことがない構造を備えた圧縮機、および該圧縮機を備えた冷凍機を提供する。

一態様では、冷凍機内の冷媒ガスを圧縮するための圧縮機であって、羽根車と、前記羽根車と一体に回転可能な回転体と、前記回転体を回転可能に支持する転がり軸受と、前記転がり軸受内に保持された潤滑剤と、前記転がり軸受が配置される軸受室を形成する軸受ハウジングと、前記軸受室に連通し、前記圧縮機によって圧縮された冷媒ガスを前記軸受室内に供給するためのガス供給流路と、前記軸受室の外側の空間に連通し、かつ前記軸受室内の圧力よりも低い圧力の領域に連通する連通流路を備えている、圧縮機が提供される。

転がり軸受は、軸受室内に配置されており、この軸受室は圧縮された冷媒ガス（すなわち高圧の冷媒ガス）で満たされる。軸受室内の圧力は、軸受室の外側の空間内の圧力よりも高いので、軸受室の外側に存在する冷媒液は、軸受室内に浸入することができず、転がり軸受に保持された潤滑剤に接触しない。結果として、潤滑剤は、冷媒液と混合されず、冷媒液および潤滑剤は、それぞれの機能を発揮することができる。さらに、転がり軸受への潤滑油供給用の油循環ラインを省略できるため構成を大幅に簡略化できる。また冷媒側への油の漏洩が発生しないので、油と冷媒の分離機構が不要となる。

一態様では、前記軸受ハウジングと前記回転体との間の隙間を封止するシールをさらに備えている。
シールは、軸受室からの冷媒ガスの漏れを最小にすることができる。結果として、軸受室の内部と外部との差圧が大きくなり、冷媒液の軸受室内への浸入を確実に防ぐことができる。

一態様では、前記圧縮機は、前記転がり軸受の両側に面する２つの空間を接続する均圧通路をさらに備えており、前記２つの空間は前記軸受室内にある。
均圧通路は、転がり軸受の両側での冷媒ガスの圧力を均等にすることができる。したがって、圧力差に起因する潤滑剤の偏りや流出を防ぐことができる。
一態様では、前記均圧通路は、前記回転体に形成されている。
一態様では、前記均圧通路は、前記軸受ハウジング内に形成されている。
一態様では、前記均圧通路は、前記軸受ハウジングに接続されている。

一態様では、前記転がり軸受は、複数の転動体と、前記複数の転動体の両側に配置された潤滑剤保持リングを備えている。
潤滑剤保持リングは、潤滑剤を転がり軸受の内部に留める機能を有する。したがって、潤滑剤保持リングは、転がり軸受の性能を維持することができるのみならず、潤滑剤が冷媒液に混ざってしまうことを防止することができる。

一態様では、前記潤滑剤は、半流動状の潤滑剤である。
半流動状の潤滑剤（例えばグリース）は、流動状の油とは異なり、転がり軸受から流出しにくい。したがって、従来必要であった油循環機構を不要とすることができる。

一態様では、冷媒が内部を循環する冷凍機であって、冷媒液を蒸発させて冷媒ガスを生成する蒸発器と、前記冷媒ガスを圧縮する上記圧縮機と、前記圧縮された冷媒ガスを凝縮させて前記冷媒液を生成する凝縮器を備えている、冷凍機が提供される。

本発明によれば、潤滑剤が冷媒液と混じり合うことがない圧縮機が実現される。

内部を冷媒が循環する冷凍機の一実施形態を示す模式図である。 図１に示す圧縮機の拡大断面図である。 第１転がり軸受および第１軸受ハウジングの拡大図である。 図３のＡ－Ａ線断面図である。 第１均圧通路の一実施形態を示す図である。 第１均圧通路の一実施形態を示す図である。 第１均圧通路の一実施形態を示す図である。 第１均圧通路の一実施形態を示す図である。 第２転がり軸受および第２軸受ハウジングの拡大図である。 冷凍機のさらに他の実施形態を示す模式図である。 図１０に示す実施形態の変形例である。 図１０に示す実施形態の他の変形例である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、内部を冷媒が循環する冷凍機の一実施形態を示す模式図である。本実施形態の冷凍機は、遠心式圧縮機１を備えたターボ冷凍機（遠心式冷凍機）である。図１に示すように、冷凍機は、冷媒液を蒸発させて冷媒ガスを生成する蒸発器２と、冷媒ガスを圧縮する圧縮機１と、圧縮された冷媒ガスを凝縮させて冷媒液を生成する凝縮器３を備えている。圧縮機１の吸込み口は、冷媒配管４Ａによって蒸発器２に連結されている。圧縮機１の吐出し口は、冷媒配管４Ｂによって凝縮器３に連結されている。凝縮器３から蒸発器２に延びる冷媒配管４Ｃには膨張弁２１が取り付けられている。膨張弁２１は、その開度が調整可能に構成されたアクチュエータ駆動型流量制御弁であり、例えば開度可変な電動弁から構成されている。

本実施形態では、圧縮機１は、単段遠心式圧縮機から構成されている。より具体的には、圧縮機１は、単段の羽根車１１と、羽根車１１と一体に回転可能な回転体１２と、回転体１２および羽根車１１を回転させる電動機１３を備えている。一実施形態では、回転体１２は、回転軸であり、羽根車１１は回転軸に固定されている。他の実施形態では、羽根車１１は回転体１２と一体に構成されてもよい。回転体１２は、軸受２５，２６によって回転可能に支持されている。軸受２５，２６は、電動機１３の内部に配置されている。より具体的には、軸受２５，２６は、電動機１３内に形成された軸受室３１，３２内にそれぞれ配置されている。一実施形態では、圧縮機１は、多段の羽根車を備えた多段遠心式圧縮機であってもよい。

圧縮機１の吸込み口には、冷媒ガスの羽根車１１への吸込流量を調整するガイドベーン１６が配置されている。ガイドベーン１６は羽根車１１の吸込側に位置している。ガイドベーン１６は放射状に配置されており、各ガイドベーン１６が自身の軸心を中心として互いに同期して所定の角度だけ回転することにより、ガイドベーン１６の開度が変更される。蒸発器２から送られた冷媒ガスは、ガイドベーン１６を通過し、その後、回転する羽根車１１によって昇圧される。昇圧された冷媒ガスは、冷媒配管４Ｂを通って凝縮器３に送られる。

蒸発器２は、被冷却流体（例えば冷水）から熱を奪って冷媒液が蒸発して冷凍効果を発揮する。圧縮機１は、蒸発器２で生成された冷媒ガスを圧縮し、凝縮器３は、圧縮された冷媒ガスを冷却流体（例えば冷却水）で冷却して凝縮させることで、冷媒液を生成する。冷媒液は、膨張弁２１を通過することによって減圧される。減圧された冷媒液は、蒸発器２に送られる。このように、冷凍機は、冷媒を封入したクローズドシステムとして構成される。

冷凍機は、冷媒配管４Ｃから分岐する冷媒液移送管４０と、冷媒液移送管４０に接続された冷媒ポンプ４１をさらに備えている。冷媒液移送管４０は、冷媒配管４Ｃから冷媒ポンプ４１を経由して圧縮機１の電動機１３まで延びている。冷媒液移送管４０は、圧縮機１の電動機１３内に配置された冷媒ノズル１８に接続されている。冷媒ノズル１８は、電動機１３のモータステータなどの構成要素を向いて配置されている。

冷媒配管４Ｃを流れる冷媒液の大部分は蒸発器２に送られるが、冷媒配管４Ｃを流れる冷媒液の一部は冷媒液移送管４０に流入し、冷媒ポンプ４１によって冷媒ノズル１８に送られる。冷媒液は、冷媒ノズル１８から電動機１３の内部に噴霧され、電動機１３の内部を冷却する。電動機１３の内部は、冷媒液戻り管４５によって蒸発器２の内部に連通している。より具体的には、冷媒液戻り管４５の一端は、電動機１３の底部に接続され、冷媒液戻り管４５の他端は、蒸発器２に接続されている。冷媒ノズル１８から噴霧された冷媒液は、電動機１３内で集められ、冷媒液戻り管４５を通って蒸発器２に戻される。

図２は、図１に示す圧縮機１の拡大断面図である。圧縮機１は、羽根車１１と、羽根車１１を収容する羽根車ケーシング１４と、羽根車１１と一体に回転可能な回転体１２と、回転体１２を回転可能に支持する第１転がり軸受２５および第２転がり軸受２６と、羽根車１１および回転体１２を回転させる電動機１３を備えている。羽根車ケーシング１４内には圧縮室１７が形成されており、羽根車１１は圧縮室１７内に配置されている。

電動機１３は、回転体１２に固定されたモータロータ１３Ａと、モータロータ１３Ａを囲むモータステータ１３Ｂと、モータロータ１３Ａおよびモータステータ１３Ｂを収容するモータハウジング１３Ｃを備えている。モータハウジング１３Ｃは、羽根車ケーシング１４に接続されている。冷媒ノズル１８はモータハウジング１３Ｃに固定されており、モータステータ１３Ｂおよびモータロータ１３Ａを向いている。冷媒液は、冷媒ノズル１８からモータステータ１３Ｂおよびモータロータ１３Ａに噴霧され、モータステータ１３Ｂおよびモータロータ１３Ａを冷却する。冷媒液は、モータハウジング１３Ｃの底部に接続された冷媒液戻り管４５を通って蒸発器２に戻される。

回転体１２は、モータロータ１３Ａの両側に配置された第１転がり軸受２５および第２転がり軸受２６によって支持されている。第１転がり軸受２５は、第１軸受ハウジング３５によって囲まれている。より具体的には、第１軸受ハウジング３５は、その内部に第１軸受室３１を形成し、第１転がり軸受２５は、第１軸受室３１内に配置されている。第１軸受ハウジング３５は、羽根車ケーシング１４に支持されている。本実施形態では、第１軸受ハウジング３５と羽根車ケーシング１４は別部材として構成されており、第１軸受ハウジング３５は、羽根車ケーシング１４に固定されている。一実施形態では、第１軸受ハウジング３５は、羽根車ケーシング１４と一体であってもよい。さらに、一実施形態では、第１軸受ハウジング３５は、モータハウジング１３Ｃに支持されてもよい。例えば、第１軸受ハウジング３５は、モータハウジング１３Ｃに固定されるか、あるいはモータハウジング１３Ｃと一体であってもよい。

第１軸受ハウジング３５は、回転体１２と非接触であり、第１軸受ハウジング３５と回転体１２との間には隙間が形成されている。第１軸受室３１は、羽根車１１が配置されている圧縮室１７に第１ガス供給流路５１を通じて連通している。第１ガス供給流路５１は羽根車ケーシング１４の裏側壁１４ａに形成されている。回転する羽根車１１により圧縮された冷媒ガスの大部分は、冷媒配管４Ｂを通って凝縮器３に送られ、その一方で、圧縮された冷媒ガスの一部は、圧縮室１７から第１ガス供給流路５１を通って第１軸受室３１に流入し、第１軸受室３１は冷媒ガス（高圧ガス）で満たされる。

第１軸受ハウジング３５は、モータハウジング１３Ｃ内に配置されている。モータハウジング１３Ｃの内部空間（すなわち、第１軸受室３１の外側の空間）は、第１軸受室３１内の圧力よりも低い圧力の領域に連通している。より具体的には、モータハウジング１３Ｃの内部空間（すなわち、第１軸受室３１の外側の空間）は、冷媒液戻り管４５を通じて蒸発器２（図１参照）に連通している。蒸発器２は、圧縮機１の吸込み側に連通しているので、蒸発器２内の圧力は、第１軸受室３１内の圧力よりも低い。したがって、モータハウジング１３Ｃの内部空間（すなわち、第１軸受室３１の外側の空間）は、第１軸受室３１内の圧力よりも低圧である。本実施形態では、第１軸受室３１の外側の空間に連通し、かつ第１軸受室３１内の圧力よりも低い圧力の領域に連通する連通流路は、冷媒液戻り管４５によって構成されている。

上記構成により、第１軸受室３１内の冷媒ガスの圧力は、モータハウジング１３Ｃの内部空間（すなわち、第１軸受室３１の外側の空間）内の圧力よりも高い。したがって、冷却液として冷媒ノズル１８から噴霧された冷媒液は、高圧の冷媒ガスで満たされた第１軸受室３１内に浸入することができず、第１転がり軸受２５に接触しない。

第２転がり軸受２６は、第２軸受ハウジング３６によって囲まれている。より具体的には、第２軸受ハウジング３６は、その内部に第２軸受室３２を形成し、第２転がり軸受２６は、第２軸受室３２内に配置されている。第２軸受ハウジング３６は、モータハウジング１３Ｃに固定されている。第２軸受ハウジング３６は、モータハウジング１３Ｃと一体であってもよい。

第２軸受ハウジング３６は、回転体１２と非接触であり、第２軸受ハウジング３６と回転体１２との間には隙間が形成されている。第２軸受室３２は、凝縮器３（図１参照）に第２ガス供給流路５２を通じて連通している。凝縮器３は、冷媒配管４Ｂ（図１参照）により圧縮機１の吐き出し口に連通しており、凝縮器３の内部には、圧縮機１により圧縮された冷媒ガスが存在している。凝縮器３内の圧縮された冷媒ガスの一部は、第２ガス供給流路５２を通って第２軸受室３２内に送られる。第２軸受室３２は冷媒ガス（高圧ガス）で満たされる。

本実施形態では、第２ガス供給流路５２は、凝縮器３から第２軸受ハウジング３６に延びているが、一実施形態では、第２ガス供給流路５２は、冷媒配管４Ｂから第２軸受ハウジング３６に延びていてもよい。この場合は、冷媒配管４Ｂを流れる、圧縮された冷媒ガスの一部は、第２ガス供給流路５２を通って第２軸受室３２に送られる。

第１軸受ハウジング３５と同様に、第２軸受ハウジング３６も、モータハウジング１３Ｃ内に配置されている。モータハウジング１３Ｃの内部空間（すなわち、第２軸受室３２の外側の空間）には、第２軸受室３２内の圧力よりも低い圧力の冷媒が存在する。

上記構成により、第２軸受室３２内の冷媒ガスの圧力は、モータハウジング１３Ｃの内部空間（すなわち、第２軸受室３２の外側の空間）内の圧力よりも高い。したがって、冷却液として冷媒ノズル１８から噴霧された冷媒液は、高圧の冷媒ガスで満たされた第２軸受室３２内に浸入することができず、第２転がり軸受２６に接触しない。

図３は、第１転がり軸受２５および第１軸受ハウジング３５の拡大図であり、図４は図３のＡ－Ａ線断面図である。本実施形態では、第１転がり軸受２５は、同軸に配列された２つの背面組み合わせアンギュラ軸受６１を含む。２つのアンギュラ軸受６１は、これらの間に隙間が形成されることなく互いに接触している。アンギュラ軸受６１間に隙間がないので、アンギュラ軸受６１の間に高圧の冷媒ガスが入り込まず、第１軸受室３１内で望ましくない圧力変動が起こらない。さらに、同軸に配列された背面組み合わせアンギュラ軸受６１は、以下のような利点がある。
１）転動体の接触角が傾いているために大きなアキシャル荷重を支承できる。
２）内部隙間を管理することで予圧をかけて軸剛性を上げることができる。

一実施形態では、第１転がり軸受２５は、１つのアンギュラ軸受のみを含んでもよく、あるいは３つ以上のアンギュラ軸受を含んでもよい。さらに一実施形態では、アンギュラ軸受に代えて深溝玉軸受などの各種転がり軸受が設けられてもよい。

各アンギュラ軸受６１は、その内部に潤滑剤６５を保持している。潤滑剤６５は、半流動状の潤滑剤（例えばグリース）であり、潤滑油よりも高い粘性を有している。半流動状の潤滑剤（例えばグリース）６５は、流動状の油とは異なり、第１転がり軸受２５から流出しにくい。したがって、従来必要であった油循環機構を不要とすることができる。

各アンギュラ軸受６１は、複数の転動体６１Ａと、複数の転動体６１Ａの両側に配置された潤滑剤保持リング６１Ｂを備えている。潤滑剤保持リング６１Ｂは、各アンギュラ軸受６１の外輪（固定輪）に保持されており、各アンギュラ軸受６１の内輪（回転輪）と非接触である。潤滑剤保持リング６１Ｂは、例えば、環状の金属板、あるいは環状の樹脂板などから構成される。潤滑剤保持リング６１Ｂは、潤滑剤６５を第１転がり軸受２５の内部に留める機能を有する。したがって、潤滑剤保持リング６１Ｂは、第１転がり軸受２５の性能を維持することができるのみならず、潤滑剤６５が冷媒液に混ざってしまうことを防止することができる。

圧縮機１は、第１軸受ハウジング３５と回転体１２との間の隙間を封止するシール６８Ａ，６８Ｂを備えている。本実施形態では、シール６８Ａ，６８Ｂは、非接触シールの一例であるラビリンスシールである。シール６８Ａ，６８Ｂは、第１転がり軸受２５の両側に配置されている。一実施形態では、モータロータ側のシール６８Ｂのみが設けられてもよい。

図３に示すように、圧縮機１によって圧縮された冷媒ガスは、羽根車側のシール６８Ａを通って第１軸受室３１内に流入し、第１軸受室３１を満たす。冷媒ガスは、モータロータ側のシール６８Ｂを通過してモータハウジング１３Ｃの内部空間に少しずつ流出する。シール６８Ａ，６８Ｂは、第１軸受室３１からの冷媒ガスの漏れを最小にすることができる。結果として、第１軸受室３１の内部と外部との差圧が大きくなり、冷媒液の第１軸受室３１内への浸入を確実に防ぐことができる。第１軸受室３１からの冷媒ガスの漏れを最小にする観点から、シール６８Ａ，６８Ｂは接触式シールであってもよいが、接触式シールは高速運転には適していない。

圧縮機１は、第１転がり軸受２５の両側に面する２つの空間を接続する第１均圧通路７０をさらに備えている。これら２つの空間は第１軸受室３１内にある。第１均圧通路７０は、回転体１２に形成されている。より具体的には、軸方向に延びる複数の溝が、回転体１２の外周面に形成されており、これら溝が第１均圧通路７０を形成する。図４に示すように、複数の第１均圧通路（溝）７０は、回転体１２の軸心の周りに等間隔に分布している。第１均圧通路７０の数および配列は本実施形態に限定されない。一実施形態では、１つの第１均圧通路（溝）７０のみが設けられてもよい。

第１均圧通路７０の軸方向の長さは、第１転がり軸受２５の軸方向の長さよりも大きい。したがって、各第１均圧通路７０の両端は、第１軸受室３１内の２つの空間にそれぞれ連通している。言い換えれば、第１転がり軸受２５の両側に面する２つの空間は、第１均圧通路７０を通じて連通している。圧縮機１によって圧縮された冷媒ガスは、羽根車側のシール６８Ａを通って第１軸受室３１内に流入し、第１均圧通路７０を流れて、第１軸受室３１の全体を満たす。第１均圧通路７０は、第１転がり軸受２５の両側での冷媒ガスの圧力を均等にすることができる。したがって、冷媒ガスの圧力差に起因する潤滑剤６５の偏りや流出を防ぐことができる。

第１転がり軸受２５は、第１軸受室３１内に配置されており、この第１軸受室３１は圧縮された冷媒ガス（すなわち高圧の冷媒ガス）で満たされる。第１軸受室３１内の圧力は、第１軸受室３１の外側の空間（すなわちモータハウジング１３Ｃの内部空間）内の圧力よりも高い。したがって、第１軸受室３１の外側に存在する冷媒液は、第１軸受室３１内に浸入することができず、第１転がり軸受２５に保持された潤滑剤６５に接触しない。結果として、潤滑剤６５は、冷媒液と混合されず、冷媒液および潤滑剤６５は、それぞれの機能を発揮することができる。さらに、油循環ラインを省略できるため構成を大幅に簡略化できる。また冷媒側への油の漏洩が発生しないので，油と冷媒の分離機構が不要となる。

図５および図６に示すように、第１均圧通路７０は、第１転がり軸受２５の両側に面する２つの空間に連通しているのであれば、回転体１２内に形成された孔であってもよい。さらに、第１均圧通路７０は、第１軸受ハウジング３５内に形成されてもよい。例えば、図７に示すように、第１均圧通路７０は、第１軸受ハウジング３５の内面に形成された溝であってもよい。あるいは、図示しないが、第１均圧通路７０は、第１軸受ハウジング３５内に形成された孔であってもよい。図８に示すように、第１均圧通路７０は、第１軸受ハウジング３５に両端が接続された配管から構成されてもよい。

図９は、第２転がり軸受２６および第２軸受ハウジング３６の拡大図である。特に説明しない構成および効果は、図３および図４を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、第２転がり軸受２６は、同軸に配列された背面組み合わせアンギュラ軸受８１を含む。２つのアンギュラ軸受８１は、これらの間に隙間が形成されることなく互いに接触している。アンギュラ軸受８１間に隙間がないので、アンギュラ軸受８１の間に高圧の冷媒ガスが入り込まず、第２軸受室３２内で望ましくない圧力変動が起こらない。同軸に配列された２つのアンギュラ軸受８１の有利な効果は、アンギュラ軸受６１で説明した有利な効果と同じであるので、その重複する説明を省略する。

一実施形態では、第２転がり軸受２６は、１つのアンギュラ軸受のみを含んでもよく、あるいは３つ以上のアンギュラ軸受を含んでもよい。さらに一実施形態では、アンギュラ軸受に代えて深溝玉軸受などの各種転がり軸受が設けられてもよい。

各アンギュラ軸受８１は、その内部に潤滑剤８５を保持している。潤滑剤８５は、半流動状の潤滑剤（例えばグリース）であり、潤滑油よりも高い粘性を有している。各アンギュラ軸受８１は、複数の転動体８１Ａと、複数の転動体８１Ａの両側に配置された潤滑剤保持リング８１Ｂを備えている。潤滑剤保持リング８１Ｂは、各アンギュラ軸受８１の外輪（固定輪）に保持されており、各アンギュラ軸受８１の内輪（回転輪）と非接触である。潤滑剤保持リング８１Ｂは、例えば、環状の金属板、あるいは環状の樹脂板などから構成される。潤滑剤保持リング８１Ｂは、潤滑剤８５を第２転がり軸受２６の内部に留める機能を有する。

圧縮機１は、第２軸受ハウジング３６と回転体１２との間の隙間を封止するシール８８を備えている。シール８８は、非接触シールの一例であるラビリンスシールである。本実施形態では、回転体１２の端部は、第２軸受室３２内にあるので、シール８８は、モータロータ側にのみ設けられている。圧縮機１によって圧縮された冷媒ガスは、凝縮器３から第２ガス供給流路５２を通って第２軸受室３２内に流入し、第２軸受室３２を満たす。冷媒ガスは、モータロータ側のシール８８を通過してモータハウジング１３Ｃの内部空間に少しずつ流出する。シール８８は、第２軸受室３２からの冷媒ガスの漏れを最小にすることができる。シール８８は接触式シールであってもよいが、接触式シールは高速運転には適していない。

圧縮機１は、第２転がり軸受２６の両側に面する２つの空間を接続する第２均圧通路９０をさらに備えている。これら２つの空間は第２軸受室３２内にある。第２均圧通路９０は、回転体１２に形成されている。より具体的には、軸方向に延びる複数の溝が、回転体１２の外周面に形成されており、これら溝が第２均圧通路９０を形成する。複数の第２均圧通路（溝）９０は、回転体１２の中心の周りに等間隔に分布している。第２均圧通路９０の数および配列は本実施形態に限定されない。一実施形態では、１つの第２均圧通路（溝）９０のみが設けられてもよい。図５乃至図８を参照して説明した第１均圧通路７０の各実施形態は、第２均圧通路９０にも適用可能である。

第２均圧通路９０の軸方向の長さは、第２転がり軸受２６の軸方向の長さよりも大きい。したがって、各第２均圧通路９０の両端は、第２軸受室３２内の２つの空間にそれぞれ連通している。言い換えれば、第２転がり軸受２６の両側に面する２つの空間は、第２均圧通路９０を通じて連通している。圧縮機１によって圧縮された冷媒ガスは、第２ガス供給流路５２を通って第２軸受室３２内に流入し、第２均圧通路９０を流れて、第２軸受室３２の全体を満たす。第２均圧通路９０は、第２転がり軸受２６の両側での冷媒ガスの圧力を均等にすることができる。したがって、冷媒ガスの圧力差に起因する潤滑剤８５の偏りや流出を防ぐことができる。

第２転がり軸受２６は、第２軸受室３２内に配置されており、この第２軸受室３２は圧縮された冷媒ガス（すなわち高圧の冷媒ガス）で満たされる。第２軸受室３２内の圧力は、第２軸受室３２の外側の空間（すなわちモータハウジング１３Ｃの内部空間）内の圧力よりも高い。したがって、第２軸受室３２の外側に存在する冷媒液は、第２軸受室３２内に浸入することができず、第２転がり軸受２６に保持された潤滑剤８５に接触しない。結果として、潤滑剤８５は、冷媒液と混合されず、冷媒液および潤滑剤８５は、それぞれの機能を発揮することができる。さらに、油循環ラインを省略できるため構成を大幅に簡略化できる。また冷媒側への油の漏洩が発生しないので、油と冷媒の分離機構が不要となる。

図１０は、冷凍機のさらに他の実施形態を示す模式図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１乃至図９を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。冷凍機は、凝縮器３と蒸発器２との間に配置されたエコノマイザ９５を備えている。冷媒配管４Ｃは、凝縮器３からエコノマイザ９５まで延びる上流側配管４Ｃａと、エコノマイザ９５から蒸発器２まで延びる下流側配管４Ｃｂを有している。

エコノマイザ９５は、冷媒配管４Ｅによって圧縮機１に連結されている。エコノマイザ９５は、凝縮器３と蒸発器２との間に配置された中間冷却器である。凝縮器３からエコノマイザ９５に延びる上流側配管４Ｃａには膨張弁２１が取り付けられ、エコノマイザ９５から蒸発器２に延びる下流側配管４Ｃｂには膨張弁２２が取り付けられている。膨張弁２１，２２は、その開度が調整可能に構成されたアクチュエータ駆動型流量制御弁であり、例えば開度可変な電動弁から構成されている。

本実施形態では、圧縮機１は、多段遠心式圧縮機から構成されている。より具体的には、圧縮機１は二段遠心式圧縮機からなり、一段目羽根車１１Ａと、二段目羽根車１１Ｂと、これらの羽根車１１Ａ，１１Ｂを回転させる電動機１３とを備えている。ガイドベーン１６は一段目羽根車１１Ａの吸込側に位置している。蒸発器２から送られた冷媒ガスは、ガイドベーン１６を通過し、その後、回転する羽根車１１Ａ，１１Ｂによって順次昇圧される。昇圧された冷媒ガスは、冷媒配管４Ｂを通って凝縮器３に送られる。

蒸発器２は、被冷却流体（例えば冷水）から熱を奪って冷媒液が蒸発して冷凍効果を発揮する。圧縮機１は、蒸発器２で生成された冷媒ガスを圧縮し、凝縮器３は、圧縮された冷媒ガスを冷却流体（例えば冷却水）で冷却して凝縮させることで、冷媒液を生成する。冷媒液は、膨張弁２１を通過することによって減圧される。減圧された冷媒液中に存在する冷媒ガスはエコノマイザ９５によって分離され、圧縮機１の一段目羽根車１１Ａと二段目羽根車１１Ｂとの間に設けた中間吸込口９７に送られる。エコノマイザ９５を通過した冷媒液は、膨張弁２２を通過することによって減圧され、さらに蒸発器２に送られる。

図１１は、図１０に示す実施形態の変形例である。図１１に示すように、分岐配管９９は、エコノマイザ９５と圧縮機１とを連結する冷媒配管４Ｅから分岐し、第２軸受室３２まで延びている。第２軸受室３２は、冷媒配管４Ｅおよび分岐配管９９を通じてエコノマイザ９５に連通している。本実施形態では、圧縮機１によって圧縮された冷媒ガスを第２軸受室３２内に供給するためのガス供給流路は、冷媒配管４Ｅの一部および分岐配管９９から構成されている。エコノマイザ９５によって分離された冷媒ガスは、冷媒配管４Ｅおよび分岐配管９９を通って第２軸受室３２内に送られる。第２軸受室３２は冷媒ガス（高圧ガス）で満たされる。

図１２は、図１０に示す実施形態の別の変形例である。図１２に示すように、冷媒液戻り管４５の一端は、電動機１３の底部に接続され、冷媒液戻り管４５の他端は、エコノマイザ９５に接続されている。冷媒ノズル１８から噴霧された冷媒液は、電動機１３内で集められ、冷媒液戻り管４５を通ってエコノマイザ９５に戻される。モータハウジング１３Ｃの内部空間（すなわち、第１軸受室３１および第２軸受室３２の外側の空間）は、冷媒液戻り管４５を通じてエコノマイザ９５に連通している。エコノマイザ９５内の圧力は、第１軸受室３１および第２軸受室３２内の圧力よりも低い。したがって、第１軸受室３１および第２軸受室３２内の圧力は、モータハウジング１３Ｃの内部空間（すなわち、第１軸受室３１および第２軸受室３２の外側の空間）よりも高い。本実施形態では、第１軸受室３１および第２軸受室３２の外側の空間に連通し、かつ第１軸受室３１および第２軸受室３２内の圧力よりも低い圧力の領域に連通する連通流路は、冷媒液戻り管４５によって構成されている。

図１０乃至図１２に示す実施形態においても、軸受室３１，３２の外側に存在する冷媒液は、軸受室３１，３２内に浸入することができず、転がり軸受２５，２６に保持された潤滑剤に接触しない。結果として、潤滑剤は、冷媒液と混合されず、冷媒液および潤滑剤は、それぞれの機能を発揮することができる。さらに、油循環ラインを省略できるため構成を大幅に簡略化できる。また冷媒側への油の漏洩が発生しないので、油と冷媒の分離機構が不要となる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ 圧縮機
２ 蒸発器
３ 凝縮器
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｅ 冷媒配管
１１，１１Ａ，１１Ｂ 羽根車
１２ 回転体
１３ 電動機
１３Ａ モータロータ
１３Ｂ モータステータ
１３Ｃ モータハウジング
１４ 羽根車ケーシング
１６ ガイドベーン
１７ 圧縮室
１８ 冷媒ノズル
２１，２２ 膨張弁
２５ 第１転がり軸受
２６ 第２転がり軸受
３１ 第１軸受室
３２ 第２軸受室
３５ 第１軸受ハウジング
３６ 第２軸受ハウジング
４０ 冷媒液移送管
４１ 冷媒ポンプ
４５ 冷媒液戻り管
５１ 第１ガス供給流路
５２ 第２ガス供給流路
６１ アンギュラ軸受
６１Ａ 転動体
６１Ｂ 潤滑剤保持リング
６５ 潤滑剤
６８Ａ，６８Ｂ シール
７０ 第１均圧通路
８１ アンギュラ軸受
８１Ａ 転動体
８１Ｂ 潤滑剤保持リング
８５ 潤滑剤
８８ シール
９０ 第２均圧通路
９５ エコノマイザ
９７ 中間吸込口
９９ 分岐配管

Claims (9)

1. 冷凍機内の冷媒ガスを圧縮するための圧縮機であって、
   羽根車と、
   前記羽根車と一体に回転可能な回転体と、
   前記回転体を回転可能に支持する転がり軸受と、
   前記転がり軸受内に保持された潤滑剤と、
   前記転がり軸受が配置される軸受室を形成する軸受ハウジングと、
   前記軸受室に連通し、前記圧縮機によって圧縮された冷媒ガスを前記軸受室内に供給するためのガス供給流路と、
   前記軸受室の外側の空間に連通し、かつ前記軸受室内の圧力よりも低い圧力の領域に連通する連通流路を備えている、圧縮機。
2. 前記軸受ハウジングと前記回転体との間の隙間を封止するシールをさらに備えている、請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記圧縮機は、前記転がり軸受の両側に面する２つの空間を接続する均圧通路をさらに備えており、前記２つの空間は前記軸受室内にある、請求項１または２に記載の圧縮機。
4. 前記均圧通路は、前記回転体に形成されている、請求項３に記載の圧縮機。
5. 前記均圧通路は、前記軸受ハウジング内に形成されている、請求項３に記載の圧縮機。
6. 前記均圧通路は、前記軸受ハウジングに接続されている、請求項３に記載の圧縮機。
7. 前記転がり軸受は、複数の転動体と、前記複数の転動体の両側に配置された潤滑剤保持リングを備えている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の圧縮機。
8. 前記潤滑剤は、半流動状の潤滑剤である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の圧縮機。
9. 冷媒が内部を循環する冷凍機であって、
   冷媒液を蒸発させて冷媒ガスを生成する蒸発器と、
   前記冷媒ガスを圧縮する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の圧縮機と、
   前記圧縮された冷媒ガスを凝縮させて前記冷媒液を生成する凝縮器を備えている、冷凍機。

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