JP2755714B2 - 冷凍機用圧縮機 - Google Patents

冷凍機用圧縮機

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JP2755714B2 JP1215397A JP21539789A JP2755714B2 JP 2755714 B2 JP2755714 B2 JP 2755714B2 JP 1215397 A JP1215397 A JP 1215397A JP 21539789 A JP21539789 A JP 21539789A JP 2755714 B2 JP2755714 B2 JP 2755714B2
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俊光 楠
皓夫 岸本
博 神吉
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はターボ圧縮機等の冷凍機用圧縮機に関する。
(従来の技術) 磁気軸受は、高速回転が得られ、危険速度域を容易に
通過できる、潤滑装置が不要、軸受損失が少ない、振動
がない、作動気体中でも作動できる、シールが不要等の
特徴があり、この特徴を生かしてターボ冷凍機等の冷凍
機用圧縮機にも採用が試みられている。
従来のスラスト磁気軸受の1例が第3図に示されてい
る。
回転軸01に固定されたスラストカラー02の両側に微少
間隙を隔てて一対のリング状ステータ03が配置され、こ
れらステータ03はそれぞれケーシング04に固定されてい
る。これらステータ03の内面にはそれぞれリング状のコ
イル05がスラストカラー02と対向するように埋設されい
る。
回転軸01の軸方向変位を検知する変位センサ06から出
力された電気信号は比較器07に入力され、ここで基準信
号と比較されることにより両者の偏差が算出される。こ
の偏差は演算器08に入力され、ここで一対のコイル05に
供給すべき電流が決定される。演算器08からの指令に応
じて分配器09は電源からの電流を分配し、分配された電
流はそれぞれパワーアンプ010を経てコイル05に供給さ
れる。この結果、各コイル05は供給された電流に応じた
電磁力を発生してスラストカラー02を一対のステータ03
の中央に位置せしめる。
(発明が解決しようとする課題) ターボ圧縮機においてはその駆動軸に大きなスラスト
が作用するが、スラスト磁気軸受の負荷容量は潤滑油を
用いたスラスト軸受に比し小さいため、スラストが大き
い場合にはその推力受圧面を大きくし、かつ、コイル05
に供給される電流を大きくする必要がある。
この結果、スラスト磁気軸受が大型となってそのコス
トが嵩むのみならず電力の消費量が増大するという問題
があった。
(課題を解決するための手段) 本発明は上記課題を解決するために発明されたもので
あって、第1の発明の要旨とするところは、駆動軸がス
ラスト磁気軸受により支持される冷凍機用圧縮機におい
て、上記駆動軸に固定されたバランスピストンをバラン
スシリンダ内に軸方向に沿って封密摺動自在に収容し、
上記バランスピストンの反スラスト側に限界された室を
制御弁が介装された配管を介して冷凍サイクル中の高圧
冷媒ガス回路に連通し、上記バランスピストンのスラス
ト側に限界された室を配管を介して冷凍サイクル中の低
圧冷媒ガス回路に連通するとともに上記スラスト磁気軸
受に供給される電流値に応じて上記制御弁の開度を制御
する制御手段を設けたことを特徴とする冷凍機用圧縮機
にある。
第2の発明の要旨とするところは、駆動軸がスラスト
磁気軸受により支持される冷凍機用圧縮機において、上
記駆動軸に固定されたバランスピストンをバランスシリ
ンダ内に軸方向に沿って封密摺動自在に収容し、このバ
ランスピストンの反スラスト側に限界された室を冷凍サ
イクル中の高圧冷媒ガス回路又は低圧冷媒ガス回路のい
ずれかに切換えて連通させる方向制御弁を設け、上記ス
ラス磁気軸受に供給される電流値が上記スラスト磁気受
の許容最大負荷に対応して予め定められた許容流値に達
したとき上記方向制御弁を高圧冷媒ガス回路側に切り換
える信号を出力する手段を設けたことを特徴とする冷凍
機用圧縮機にある。
(作用) 第1の発明においては、スラスト磁気軸受に供給され
る電流値に応じて制御弁の開度を制御し、高圧冷媒ガス
回路から配管、制御弁を経て反スラスト側の室に導入さ
れる高圧の冷媒ガスの量を加減することによりバランス
ピストンに作用するスラスト反力を増減する。
第2の発明においては、スラスト磁気軸受に供給され
る電流値がこのスラスト磁気軸受の許容最大負荷に対応
して予め定められた許容電流値に達したとき、方向制御
弁が切り換えられて反スラスト側の室に高圧冷媒ガス回
路から高圧の冷媒ガスが導入され、バランスピストンに
スラスト反力が作用する。
(実施例) 本発明の1実施例が第1図に示されている。
ターボ圧縮機1から吐出された高圧のガス冷媒は、白
抜矢印で示すように、凝縮器2に入り、ここで凝縮して
高圧の液冷媒となる。次いで、この液冷媒は冷媒流量制
御装置3に入り、ここで流量を制御されると同時に減圧
されて断熱膨張する。この冷媒は蒸発器4に入ってここ
で蒸発することにより低圧のガス冷媒となり再びターボ
圧縮機1に吸入される。
ターボ圧縮機1の羽根車6は駆動軸7を介して電動機
8によって回転駆動される。この駆動軸7に固定された
スラストカラー9の両側に一対のステータ5が配設さ
れ、これらステータ5にはスラストカラー9と対向する
ように一対のコイル10が埋設されている。
また、駆動軸7の軸端にはバランスピストン11が固定
され、このバランスピストン11はバランスシリンダ12内
に軸方向に沿って封密摺動自在に収容されている。バラ
ンスピストン11の反スラスト側に限界された室13は制御
弁14が介装された配管15を介して冷凍サイクル中の高圧
冷媒ガス回路、即ち、ターボ圧縮機1の吐出口と凝縮器
2とを連結する冷媒配管16に連通せしめられている。バ
ランスピストン11の他側に限界された室17は配管18を介
して冷凍サイクル中の低圧冷媒ガス回路、即ち、蒸発器
4とターボ圧縮機1の吸入口とを連結する冷媒配管19に
連通せしめられている。
駆動軸7の軸方向変位はスラストカラー9の両側に配
設された一対の変位センサ20によって検出され、これか
らの電気信号は発信器21を経て比較器22に入力され、こ
こで基準信号との偏差が算出される。この偏差に基づい
て演算器23は一対のコイル10に供給すべき電流値を決定
し、分配器24は演算器23からの指令に応じて電源からの
電流を分配し、分配された電流はそれぞれパワーアンプ
25を経てコイル10に供給される。スラスト磁気軸受のコ
イル10に供給される電流値は電流検出器26により検出さ
れてここに予め定められた設定値と比較され、前者が後
者より大きいときは両者の偏差に対応する制御電流が電
流検出器26から制御弁14に送られ、この制御電流によっ
て制御弁14の開度が制御される。
なお、第1図において、27はラジアル磁気軸受、28は
シールリング、29は可変式入口案内羽根、30はケーシン
グである。
しかして、スラスト磁気軸受のコイル10に供給される
電流値が増大すれば、これに応じて制御弁14の開度が大
きくなり、高圧の冷媒ガスが大量に室13に導入されて、
バランスピストン11に作用する力、即ち、スラスト反力
を増大させることができる。
本発明の第2の実施例が第2図に示されている。
室13と冷媒配管16とを連結する配管15には調整ばね式
減圧弁31と電磁式方向制御弁32が介装され、この方向制
御弁32は配管34及び配管18を介して低圧冷媒ガス回路19
に連結されている。しかして、方向制御弁32を切り換え
ることによって室13を高圧冷媒ガス回路16又は低圧ガス
回路19のいずれかに連通させることができるようになっ
ている。スラスト磁気軸受のコイル10に供給される電流
値は電流検出器35において検出され、この検出値がここ
にスラスト磁気軸受の許容最大負荷に対応して予め定め
られた許容電流値に達したとき、電流検出器35は方向制
御弁32に制御電流を出力して方向制御弁32を高圧冷媒ガ
ス回路側に切り換える。
電流検出器35は種々の型、構造のものを採用しうる
が、図示のように、核磁石35a、移動磁石35b、鉄環35
c、短絡片35d、接点35e、指針35fを具え、入力される電
流の増加に応じて指針35fが矢印方向に回転し、入力さ
れる電流値が許容電流値に達したとき、短絡片35dと接
点35eが指針35fを介して連通して制御電流が接点35eか
ら出力されるものを用いることができる。
なお、第2図において、33は室17内に配設されたスプ
リングで、バランスピストン11をスラスト方向に押推し
ている。
他の構成は第1図に示す第1の実施例と同様であり、
対応する部材には同じ符号が付されている。
しかして、スラスト磁気軸受の一対のコイル10に供給
される電流値が許容電流値に達したときには電流検出器
35からの制御電流によって方向制御弁32が励磁されるこ
とによって図示のように切り換えられるので、高圧冷媒
ガス回路16から高圧冷媒ガスが配管15、方向制御弁32、
減圧弁31を経て室13に導入され、この高圧冷媒ガスがバ
ランスピストン11の反スラスト側に作用して反スラスト
力を発生させる。スラスト磁気軸受に供給される電流値
が許容電流値以下に低下すると、方向制御弁32は消磁さ
れることによって図示の反対側に切り換えられるので、
室13は低圧冷媒ガス回路19に連通し、従って、バランス
ピストン11の反スラスト側に作用していた反スラスト力
が消滅する。
なお、上記各実施例においては、ターボ圧縮機1は縦
軸となっているが横軸であっても良く、また、一対の変
位センサ20に代えて駆動軸7の軸端に1個の変位センサ
を配設することもできる。
(発明の効果) 第1の発明においては、スラスト磁気軸受に供給され
る電流値に応じて制御弁の開度を制御し、高圧室に導入
される高圧冷媒ガスの量を増減することによってバラン
スピストンに作用するスラスト反力を増減するので、圧
縮機の負荷の如何に拘らずスラスト磁気軸受に作用する
スラストを自動的に最少値に維持できる。この結果、ス
ラスト磁気軸受を小型化することができるので、そのコ
ストを低減できると同時に消費電力を節減でき、かくし
て、冷凍機用圧縮機の信頼性向上及びその設備費及び保
守費の低減に資することができる。
第2の発明においては、スラスト磁気軸受に供給され
る電流値がこのスラスト磁気軸受の許容量大負荷に対応
して予め定められた許容電流値に達したとき、方向制御
弁が切り換えられてバランスピストンの反スラスト側の
室に高圧冷媒ガス回路から高圧冷媒ガスが導入され、バ
ランスピストンにスラスト反力が作用する。この結果、
スラスト磁気軸受の負荷を許容最大負荷以下に維持でき
るので、スラスト磁気軸受を異常時に備えてこれを大型
化する必要がなくなり、また、異常時においても圧縮機
を停止する必要がなくなる。かくして、圧縮機の稼動
率、安全性及び信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す略示的系統図、第
2図は本発明の第2の実施例を示す略示的系統図、第3
図はスラスト磁気軸受の略示的系統図である。 スラスト磁気軸受…10、駆動軸…7、圧縮機…1、バラ
ンスシリンダ…12、バランスピストン…11、反スラスト
側の室…13、スラスト側の室…17、制御弁…14、配管…
15、高圧冷媒ガス回路…16、制御手段…26
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸本 皓夫 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 神吉 博 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (56)参考文献 実開 昭63−134196(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F04D 29/04 F04D 27/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】駆動軸がスラスト磁気軸受により支持され
    る冷凍機用圧縮機において、上記駆動軸に固定されたバ
    ランスピストンをバランスシリンダ内に軸方向に沿って
    封密摺動自在に収容し、上記バランスピストンの反スラ
    スト側に限界された室を制御弁が介装された配管を介し
    て冷凍サイクル中の高圧冷媒ガス回路に連通し、上記バ
    ランスピストンのスラスト側に限界された室を配管を介
    して冷凍サイクル中の低圧冷媒ガス回路に連通するとと
    もに上記スラスト磁気軸受に供給される電流値に応じて
    上記制御弁の開度を制御する制御手段を設けたことを特
    徴とする冷凍機用圧縮機。
  2. 【請求項2】駆動軸がスラスト磁気軸受により支持され
    る冷凍機用圧縮機において、上記駆動軸に固定されたバ
    ランスピストンをバランスシリンダ内に軸方向に沿って
    封密摺動自在に収容し、このバランスピストンの反スラ
    スト側に限界された室を冷凍サイクル中の高圧冷媒ガス
    回路又は低圧冷媒ガス回路のいずれかに切り換えて連通
    させる方向制御弁を設け、上記スラスト磁気軸受に供給
    される電流値が上記スラスト磁気軸受の許容最大負荷に
    対応して予め定められた許容電流値に達したとき上記方
    向制御弁を高圧冷媒ガス回路側に切り換える信号を出力
    する手段を設けたことを特徴とする冷凍機用圧縮機。
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