JP3716061B2 - ターボ冷凍機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はターボ冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のターボ冷凍機の１例が図１２に示されている。ターボ圧縮機１を運転すると、このターボ圧縮機１から吐出された高圧のガス冷媒は凝縮器２に入り、ここで伝熱管３内を流過する冷却水等の冷却媒体に放熱することによって凝縮液化する。
【０００３】
この液冷媒は中間冷却器４に入り、その高圧側絞り機構２４で中間圧力まで絞られることにより液冷媒の一部が蒸発してエリミネータ２６で液滴を分離した後、ターボ圧縮機１の高段側羽根車８に吸い込まれる。残部の液冷媒は蒸発潜熱によって冷却された後、低圧側絞り機構２５によって絞られることにより流量が調整されると同時に断熱膨張して低圧の気液二相流となる。この冷媒は蒸発器５に入り、ここで伝熱管６内を流過するブライン、冷水等の被冷却媒体から吸熱することによって蒸発気化して低圧のガス冷媒となり、ターボ圧縮機１に再び吸い込まれる。
【０００４】
ターボ圧縮機１の遠心式羽根車７及び８は回転軸９に固着されて密閉ハウジング１０の内部に収納されている。この回転軸９に固着された小歯車１１は歯車室１９内において大歯車１２と噛合し、この大歯車１２は誘導電動機１３の出力軸１４に固着されている。ターボ圧縮機１の回転軸９は軸受１５、１６によって軸承され、誘導電動機１３の出力軸１４は軸受１７、１８によって軸承されている。
【０００５】
歯車室１９の底部に形成された油溜り２０内の潤滑油は油ポンプ２１によって抽出されて油冷却器２２に入り、ここで伝熱管２３内を流過する冷却媒体と熱交換することによって冷却され、フィルタ２７で異物が除去された後、小歯車１１、大歯車１２、軸受１５、１６、１７、１８に供給されてこれらを潤滑した後油溜り２０に戻る。
【０００６】
この冷凍サイクルのモリエル線図が図１２（Ｂ）に示されている。Ａの状態でターボ圧縮機１に吸い込まれた冷媒ガスは低段側羽根車７で圧縮されることによりＢの状態となり、Ｃの状態で高段側羽根車８に吸い込まれて圧縮されることによりＤの状態となる。このガス冷媒は凝縮器２で冷却されることによりＥの状態となり、次いで、凝縮することによりＦの状態の飽和液冷媒となる。この飽和液冷媒は中間冷却器４の高圧側絞り機構２４によって絞られることによりＧの状態となる。そして、その一部は蒸発してＣの状態となって高段側羽根車８に吸い込まれる。残部は冷却されることによりＨの状態となり、低圧側絞り機構２５によって絞られることによりＩの状態となる。この冷媒は蒸発器５で蒸発することによってＡの状態となって、ターボ圧縮機１に吸い込まれる。なお、Ｊは飽和液線、Ｋは飽和蒸気線である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のターボ冷凍機においては、ターボ圧縮機１の回転軸９は軸受１５、１６により軸承され、誘導電動機１３の出力軸１４は軸受１７、１８により軸承され、かつ、誘導電動機１３の動力は大歯車１２及び小歯車１１を介してターボ圧縮機１に伝達されるため、ターボ圧縮機１、増速機構及び誘導電動機１３の構造が複雑となり、その寸法、重量及びコストが嵩むのみならず機械的損失が大きいので冷凍機の成績係数（ＣＯＰ）が低いという問題があった。
【０００８】
また、軸受１５、１６、１７、１８及び歯車１１、１２は潤滑油によって潤滑されるため、潤滑油を定期的に交換する必要があるとともに潤滑油と冷媒とが互いに溶け込むのを回避できない。潤滑油中に溶け込んだ冷媒はその温度、圧力が上昇すると蒸発するので油ポンプ２１のキャビテーションや軸受１５、１６、１７、１８の潤滑不良及び焼き付き等の不具合を惹起する。また、冷媒中に潤滑油が溶け込むと、凝縮器２や蒸発器５の伝熱性能が低下するので、冷凍能力の低下、消費動力の増加、冷凍機の異常停止等を惹起するおそれがあった。
【０００９】
【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、その要旨とするところは、（１）蒸発器で蒸発ガス化したガス冷媒を吸い込んで圧縮するターボ圧縮機から吐出された高圧ガス冷媒が凝縮器で冷却媒体に放熱することによって凝縮し、絞り機構で絞られた後、蒸発器で被冷却媒体から吸熱することによって蒸発して上記ターボ圧縮機に循環するターボ冷凍機において、上記ターボ圧縮機の羽根車が直結されたインバータモータの出力軸を軸承する軸受を設け、上記軸受は、上記蒸発器の液溜りから抽出された飽和液冷媒を液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態とした後、上記軸受に供給することにより潤滑されるものであって、上記ターボ圧縮機に設けた吸込ベーンと上記インバータモータとを互いに関連させて制御する制御装置を設けたことを特徴とするターボ冷凍機にある。
【００１０】
他の特徴とするところは、（２）蒸発器で蒸発ガス化したガス冷媒を吸い込んで圧縮するターボ圧縮機から吐出された高圧ガス冷媒が凝縮器で冷却媒体に放熱することによって凝縮し、絞り機構で絞られた後、蒸発器で被冷却媒体から吸熱することによって蒸発して上記ターボ圧縮機に循環するターボ冷凍機において、上記ターボ圧縮機の羽根車が直結されたインバータモータの出力軸を軸承する軸受を設け、上記軸受は、上記凝縮器で凝縮した飽和液冷媒を液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態とした後、上記軸受に供給することにより潤滑されるものであって、上記ターボ圧縮機に設けた吸込ベーンと上記インバータモータとを互いに関連させて制御する制御装置を設けたことを特徴とするターボ冷凍機にある。
【００１１】
他の特徴とするところは、（３）上記手段（２）に記載のターボ冷凍機において、上記ターボ圧縮機を多段ターボ圧縮機とするとともに上記凝縮器で凝縮した飽和液冷媒の一部が蒸発することによって残部の液冷媒を冷却する中間冷却器を設け、この中間冷却器で冷却された液冷媒を上記液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態とした後、上記軸受に供給するとともに上記中間冷却器で蒸発した冷媒を上記多段ターボ圧縮機の中間吸込口に吸い込ませることにある。
【００１２】
他の特徴とするところは、（４）蒸発器で蒸発ガス化したガス冷媒を吸い込んで圧縮するターボ圧縮機から吐出された高圧ガス冷媒が凝縮器で冷却媒体に放熱することによって凝縮し、絞り機構で絞られた後、蒸発器で被冷却媒体から吸熱することによって蒸発して上記ターボ圧縮機に循環するターボ冷凍機において、上記ターボ圧縮機の羽根車が直結されたインバータモータの出力軸を軸承する軸受を設け、上記軸受は、上記凝縮器で凝縮した飽和液冷媒を過冷却器によって過冷却状態とした後、上記軸受に供給することにより潤滑されるものであって、上記ターボ圧縮機に設けた吸込ベーンと上記インバータモータとを互いに関連させて制御する制御装置を設けたことを特徴とするターボ冷凍機にある。
【００１３】
他の特徴とするところは、（５）上記手段（４）に記載のターボ冷凍機において、上記過冷却器によって過冷却状態とした液冷媒を更に液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態として上記軸受に供給することにある。
【００１４】
他の特徴とするところは、（６）上記手段（４）又は（５）に記載のターボ冷凍機において、上記過冷却器は上記飽和液冷媒を上記冷却媒体と熱交換させて過冷却することにある。
【００１５】
他の特徴とするところは、（７）上記手段（４）又は（５）に記載のターボ冷凍機において、上記過冷却器は上記飽和液冷媒を上記被冷却媒体と熱交換させて過冷却することにある。
【００１６】
他の特徴とするところは、（８）上記手段（４）又は（５）に記載のターボ冷凍機において、上記過冷却器は上記蒸発器の内部に設置された伝熱管からなり、この伝熱管内を流過する上記飽和液冷媒を管外の冷媒の蒸発潜熱により過冷却することにある。
【００１７】
他の特徴とするところは、（９）上記手段（４）又は（５）に記載のターボ冷凍機において、上記過冷却器は上記蒸発器の上流側に設置され、上記飽和液冷媒を上記絞り機構を流過した冷媒の蒸発潜熱により過冷却することにある。
【００１８】
他の特徴とするところは、（１０）上記手段（４）又は（５）に記載のターボ冷凍機において、上記過冷却器は上記絞り機構と並列に接続され、上記飽和液冷媒をこれから分岐して小容量の絞り機構を流過した冷媒の蒸発潜熱により過冷却することにある。
【００１９】
他の特徴とするところは、（１１）上記手段（４）又は（５）に記載のターボ冷凍機において、上記ターボ圧縮機を多段ターボ圧縮機とし、高圧側絞り機構及び低圧側絞り機構を具備する中間冷却器を設けるとともに上記飽和液冷媒の一部を上記中間冷却器の低圧側絞り機構の上流側に導入するバイパス経路を設け、上記過冷却器は上記バイパス経路に介装され、上記飽和液冷媒をこれから分岐して小容量の絞り機構を流過した中間圧力の冷媒の蒸発潜熱により過冷却することにある。
【００２０】
他の特徴とするところは、（１２）上記手段（４）又は（５）に記載のターボ冷凍機において、上記蒸発器で吸熱する他の小形冷凍サイクルを設け、上記過冷却器を上記小形冷凍サイクルの蒸発器によって構成したことにある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態が図１に示されている。ターボ圧縮機３０の遠心式羽根車３１はインバータモータ３２の出力軸３３に固着されている。そして、これら羽根車３１及びインバータモータ３２は１の密閉ハウジング３４内に収納されている。
インバータモータ３２にはインバータ３５によって周波数が調整された電流が接続端子３６を介して供給される。ターボ圧縮機３０には吸込ベーン３７が設けられ、この吸込ベーン３７をモータ３８により開閉することによってターボ圧縮機３０に吸入される冷媒ガスの量が調整される。
【００２２】
そして、インバータ３５及び吸込ベーン３７は制御装置４８からの指令を受けて同時に互いに関連して制御される。インバータモータ３２の出力軸３３はラジアル軸受３９、４０及びスラスト軸受４１、４２によって軸承されている。蒸発器５の下部に形成された液溜り４３内の飽和液冷媒は液冷媒ポンプ４４により抽出され、この液冷媒ポンプ４４により所定の圧力、即ち、過冷却状態になるように加圧された後、軸受３９ないし４２に供給されてこれらを潤滑する。そして、軸受３９ないし４２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５のハウジング４５内に戻る。
【００２３】
しかして、ターボ冷凍機の運転時、ターボ圧縮機３０から吐出されたガス冷媒は凝縮器２のハウジング４６内に入り、ここで伝熱管３内を流過する冷却媒体に放熱することにより凝縮液化する。この液冷媒は絞り機構４７に入り、ここで絞られることによって断熱膨張すると同時にその流量が調整されて気液二相となる。そして、この冷媒は蒸発器５のハウジング４５内に入り、ここで伝熱管６内を流過する被冷却媒体を冷却することによって蒸発気化した後、ターボ圧縮機３０に吸入されて再び圧縮される。
【００２４】
この冷凍サイクルのモリエル線図が図１（Ｂ）に示されている。Ａの状態でターボ圧縮機３０に吸い込まれた冷媒ガスは羽根車３１で圧縮されることによりＢの状態となる。このガス冷媒は凝縮器２で冷却されてＣの状態となり、次いで、凝縮することによりＤの状態の飽和液冷媒となる。この飽和液冷媒は絞り機構４７によって絞られることによりＥの状態となり、次いで、蒸発器５で蒸発することによってＡの状態となってターボ圧縮機３０に吸い込まれる。なお、Ｊは飽和液線、Ｋは飽和蒸気線である。
【００２５】
しかして、ターボ圧縮機３０をインバータモータ３２によって駆動しているため、インバータ周波数を高くすることによりターボ圧縮機３０を高速で回転させることができる。従って、従来のように増速機構を要しないので、ターボ冷凍機の構造が簡素化され、その寸法、重量及びコストを低減しうるとともに機械的損失を低減しうるので、冷凍機の成績係数を向上しうる。また、ターボ圧縮機３０に吸込ベーン３７を設け、この吸込ベーン３７の開度、即ち、吸入ガス量とインバータモータ３２の回転数とを互いに関連させて制御装置４８により制御しているので、ターボ圧縮機３０の効率を向上することができ、従って、冷凍機の成績係数を向上しうる。
【００２６】
更に、インバータモータ３２の出力軸３３にターボ圧縮機３０の羽根車３１を直結したため、これらを１の密閉ハウジング３４内に収納することができるとともに構造を簡素化しうるので、寸法、重量及びコストを低減しうるとともに機械的損失を低減できる。更に、インバータモータ３２の出力軸３３を液冷媒により潤滑される軸受３９ないし４２によって軸承したため、従来のように潤滑油を用いる必要がない。従って、従来のように潤滑油の定期的交換が不要となるとともに潤滑油と冷媒とが互いに溶け込むことはないので、油ポンプのキャビテーション、軸受の潤滑不良、凝縮器や蒸発器の伝熱性能の悪化を防止することができる。
【００２７】
また、蒸発器５の液溜り４３から抽出された飽和液冷媒を液冷媒ポンプ４４により加圧した後、軸受３９ないし４２に供給しているため、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は図１（Ｂ） のモリエル線図上にＰ１で示す過冷却状態となっているので、この液冷媒が軸受３９ないし４２で蒸発することはなく、従って、軸受３９ないし４２を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００２８】
本発明の第２の実施形態が図２に示されている。この第２の実施形態においては、ターボ圧縮機が２段ターボ圧縮機５０とされ、その遠心式羽根車５１、５２はいずれもインバータモータ３２の出力軸３３に固着されている。そして、凝縮器２で凝縮した飽和液冷媒の一部を蒸発させることによって残部の液冷媒を冷却する中間冷却器５３が設けられている。この中間冷却器５３はハウジング５４の内部を仕切板５８で区画することによって形成された高圧室５９及び低圧室６０と、高圧室５９に内蔵された高圧側絞り機構５５、低圧室６０に内蔵された低圧側絞り機構５６及びミストセパレータ５７を具備している。
【００２９】
凝縮器２で凝縮した飽和液冷媒は高圧室５９内に供給され、ここで高圧側絞り機構５５により絞られることによって中間圧となり、低圧室６０内でその一部が蒸発することによって残部が冷却される。蒸発した冷媒ガスはミストセパレータ５７を流過する過程でこれに含まれるミストを分離除去した後、ターボ圧縮機５０の中間吸込口６１から第２段羽根車５２に吸い込まれて圧縮される。冷却された液冷媒は低圧側絞り機構５６で再び絞られることによって断熱膨張し、かつ、流量を調整されて蒸発器５に供給される。
この中間冷却器５３で冷却された液冷媒の一部が液冷媒ポンプ４４により加圧された後、軸受３９ないし４２に供給されてこれらを潤滑するようになっている。他の構成は図１に示す第１の実施形態と同様であり、対応する部材には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００３０】
しかして、この第２の実施形態においては、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は図２（Ｂ）のモリエル線図上にＰ２で示す過冷却状態となるので、液冷媒が軸受３９ないし４２で蒸発するのを阻止することができるとともに液冷媒ポンプ４４を第１の実施形態に比し小形化し、かつ、その駆動動力を節減できる。
【００３１】
本発明の第３の実施形態が図３に示されている。この第３の実施形態においては、凝縮器２で凝縮した飽和液冷媒が液冷媒ポンプ４４によって加圧された後、軸受３９ないし４２に供給されるようになっている。他の構成は図１に示す第１の実施形態と同様であり、対応する部材には同じ符号を付してその説明を省略する。しかして、この第３の実施形態においては、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は図３（Ｂ）のモリエル線図上にＰ３で示す過冷却状態となっているのでこの液冷媒によって軸受３９ないし４２を効果的に潤滑できる。
【００３２】
本発明の第４の実施形態が図４に示されている。この第４の実施形態においては、凝縮器４で凝縮された飽和液冷媒が過冷却器６２の容器６３内に入り、その伝熱管６４を流過する冷却媒体と熱交換することによって過冷却された後、軸受３９ないし４２に供給されるようになっている。そして、伝熱管６４から流出した冷却媒体は凝縮器２の伝熱管３に流入するようになっている。
【００３３】
なお、図４（Ｃ）に示すように、冷却媒体を分岐させてその一部を過冷却器６２の伝熱管６４に流入させ、残部を凝縮器２の伝熱管３に流入させることができ、また、図４（Ｄ）に示すように、液冷媒を伝熱管６４内を流過させて管外の冷却媒体と熱交換させるようにすることもできる。他の構成は図１に示す第１の実施形態と同様であり、対応する部材には同じ符号を付してその説明を省略する。
この第４の実施形態においては、液冷媒は冷却媒体により約５ｄｅｇ℃冷却されて図４（Ｂ）のモリエル線図上にＰ４で示す過冷却状態となって軸受３９ないし４２に供給される。
【００３４】
本発明の第５の実施形態が図５に示されている。この第５の実施形態においては、凝縮器２で凝縮した飽和液冷媒が過冷却器６２で過冷却された後、液冷媒ポンプ４４で加圧されて軸受３９ないし４２に供給されるようになっている。他の構成は図４に示す第４の実施形態と同様であり、対応する部材には同じ符号を付してその説明を省略する。
しかして、この第５の実施形態においては、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は図５（Ｂ）のモリエル線図上にＰ５で示す過冷却状態となるので、軸受３９ないし４２を効果的に潤滑できる。
【００３５】
本発明の第６の実施形態が図６に示されている。この第６の実施形態においては、凝縮器２で凝縮した飽和液冷媒が過冷却器６６の容器６８内に入り、ここで伝熱管６７内を流過する被冷却媒体と熱交換することによって過冷却されるようになっている。
【００３６】
なお、図６（Ｃ）に示すように、蒸発器５の伝熱管６を流過することによって冷却された被冷却媒体を過冷却器６６の伝熱管６７に流入させることができ、また、図６（Ｄ）に示すように、蒸発器５の伝熱管６を流過することによって冷却された被冷却媒体が過冷却器６６の容器６８内を流過する過程で伝熱管６７内を流過する飽和液冷媒を冷却するようにすることもできる。他の構成は図１に示す第１の実施形態と同様である。
この第６の実施形態においては、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は図６（Ｂ）のモリエル線図上にＰ６で示す過冷却状態となるので、軸受３９ないし４２を効果的に潤滑できる。
【００３７】
本発明の第７の実施形態が図７に示されている。この第７の実施形態においては、蒸発器５のハウジング４５内に設置された伝熱管７０が過冷却器を構成している。しかして、凝縮器２で凝縮した飽和液冷媒の一部が伝熱管７０に入り、この内部を流過する過程で管外の冷媒の蒸発潜熱により過冷却されるようになっている。他の構成は図１に示す第１の実施形態と同様である。この第７の実施形態においては、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は図７（Ｂ）のモリエル線図上にＰ７で示す過冷却状態となるので、軸受３９ないし４２を効果的に潤滑できる。
【００３８】
本発明の第８の実施形態が図８に示されている。この第８の実施形態においては、過冷却器７２が蒸発器５の上流側に設置され、絞り機構４７で断熱膨張した気液二相の冷媒が過冷却器７２の容器７４に導入されてここで一部が蒸発するようになっている。
【００３９】
しかして、凝縮器２で凝縮した飽和液冷媒が過冷却器７２の伝熱管７３内を流過する過程で管外の冷媒の蒸発潜熱によって過冷却される。なお、図８（Ｃ）に示すように、飽和液冷媒を容器７４内に導き、伝熱管７３内を流過する冷媒の蒸発潜熱により過冷却することもできる。他の構成は図１に示す第１の実施形態と同様である。この第８の実施形態においては、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は図８（Ｂ）のモリエル線図上にＰ８で示す過冷却状態となるので、軸受３９ないし４２を効果的に潤滑できる。
【００４０】
本発明の第９の実施形態が図９に示されている。この第９の実施形態においては、過冷却器７６が絞り機構４７と並列に接続されている。
しかして、凝縮器２で凝縮した飽和液冷媒は分岐して大部分は絞り機構４７を経て蒸発器５に流入するが、一部は小容量の絞り機構７９を経て過冷却器７６の容器７８内に入り、伝熱管７７内を流過する飽和液冷媒と熱交換することによって蒸発した後、蒸発器５に導入される。伝熱管７７内を流過する過程で管外の冷媒の蒸発潜熱により過冷却された液冷媒は軸受３９ないし４２に供給される。
【００４１】
なお、図９（Ｃ）に示すように、小容量の絞り機構７９を流過した冷媒を過冷却器７６の伝熱管７７に導き、容器７８内を流過する飽和液冷媒を過冷却することもできる。他の構成は図１に示す第１の実施形態と同様である。しかして、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は、図９（Ｂ）のモリエル線図上にＰ９で示す過冷却状態となるので、軸受３９ないし４２を効果的に潤滑できる。
【００４２】
本発明の第１０の実施形態が図１０に示されている。この第１０の実施形態においては、凝縮器２で凝縮した飽和液冷媒の一部を分岐して中間冷却器５３の低圧室６０に導入するバイパス経路８０が設けられ、このバイパス経路８０に小容量の絞り機構８１及び過冷却器８２が介装されている。
【００４３】
しかして、飽和液冷媒の一部は小容量の絞り機構８１で絞られることによって中間圧力に減圧された後、過冷却器８２の容器８３内に入り、ここで蒸発することによって絞り機構８１の上流側から分岐して伝熱管８４内を流過する飽和液冷媒を過冷却した後、中間冷却器５３の低圧室６０内に導かれる。伝熱管８４内を流過することによって過冷却された飽和液冷媒は軸受３９ないし４２に導かれる。
【００４４】
なお、図１０（Ｃ）に示すように、小容量の絞り機構８１で減圧された冷媒を過冷却器８２の伝熱管８４内で蒸発させることにより管外の飽和液冷媒を過冷却することもできる。他の構成は図２に示す第２の実施形態と同様であり、対応する部材には同じ符号が付してその説明を省略する。しかして、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は、図１０（Ｂ）のモリエル線図上にＰ１０で示す過冷却状態となるので、軸受３９ないし４２を効果的に潤滑できる。
【００４５】
本発明の第１１の実施形態が図１１に示されている。この第１１の実施形態においては、小形の冷凍サイクル９０が設けられ、この冷凍サイクル９０は圧縮機９１、凝縮器９２、絞り機構９３、蒸発器９４等からなる。上記凝縮器９２は蒸発器５のハウジング４５内に設置された伝熱管によって構成され、上記蒸発器９４はその容器９５内に飽和液冷媒が流過する伝熱管９６を設置することによって過冷却器を構成している。
【００４６】
しかして、この小形の冷凍サイクル９０の圧縮機９１を運転すると、圧縮機９１から吐出された冷媒が伝熱管９２内を流過する過程で管外の冷媒の蒸発潜熱により冷却されて液化する。この液冷媒は絞り機構９３を経て過冷却器９４の容器９５内に入り、ここで伝熱管９６内を流過する飽和液冷媒から吸熱することによって蒸発した後圧縮機９１に吸入されて再び圧縮される。伝熱管９６内を流過することによって過冷却された液冷媒は軸受３９ないし４２に供給される。しかして、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は、図１１（Ｂ）のモリエル線図上にＰ１１で示す過冷却状態となるので、軸受３９ないし４２を効果的に潤滑できる。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１記載の第１の発明においては、ターボ圧縮機をインバータモータによって駆動しているため、インバータ周波数を高くすることによりターボ圧縮機を高速で回転させることができる。従って、従来のように増速機構を要しないので、ターボ冷凍機の構造が簡素化され、その寸法、重量及びコストを低減しうるとともに機械的損失を低減しうるので、その成績係数を向上しうる。
【００４８】
また、ターボ圧縮機に吸込ベーンを設け、この吸込ベーンの開度、即ち、吸入ガス量とインバータモータの回転数とを互いに関連させて制御装置により制御しているので、ターボ圧縮機の効率を向上することができ、従って、ターボ冷凍機の成績係数を向上しうる。
【００４９】
更に、インバータモータの出力軸にターボ圧縮機の羽根車を直結したため、これらを１の密閉ハウジング内に収納することができるとともに構造を簡素化しうるので、その寸法、重量及びコストを低減しうるとともに機械的損失を低減できる。
【００５０】
そして、インバータモータの出力軸を液冷媒により潤滑される軸受によって軸承したため、潤滑油を用いる必要がなく、従って、潤滑油の定期的交換が不要となるとともに潤滑油と冷媒が互いに溶け込むことはないので、油ポンプのキャビテーション、軸受の潤滑不良、凝縮器や蒸発器の伝熱性能の悪化等を防止することができる。
【００５１】
また、蒸発器の液溜りから抽出された飽和液冷媒を液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態とした後、軸受に供給しているため、液冷媒が過冷却状態で軸受に供給され、軸受で蒸発することはないので、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００５２】
請求項２記載の第２の発明においては、前記段落００４７〜００５０に記載の作用効果を奏すると共に、凝縮器で凝縮した飽和液冷媒を液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態とした後、軸受に供給するため、軸受に供給される液冷媒を容易に過冷却状態とすることができるので、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００５３】
請求項３記載の第３の発明においては、上記第２の発明の作用効果を奏すると共に、中間冷却器で冷却された液冷媒を液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態とした後、軸受に供給するため、軸受に供給される液冷媒を容易に過冷却状態とすることができるので、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００５４】
請求項４記載の第４の発明においては、凝縮器で凝縮した飽和液冷媒を過冷却器によって過冷却状態とした後、軸受に供給するため、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００５５】
請求項５記載の第５の発明においては、上記第４の発明の作用効果を奏すると共に、過冷却器によって過冷却状態とした液冷媒を更に液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態として軸受に供給するため、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００５６】
請求項６記載の第６の発明においては、過冷却器は飽和液冷媒を冷却媒体と熱交換させて過冷却するため、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００５７】
請求項７記載の第７の発明においては、過冷却器は飽和液冷媒を被冷却媒体と熱交換させて過冷却するため、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００５８】
請求項８記載の第８の発明においては、過冷却器は蒸発器の内部に設置された伝熱管からなり、この伝熱管内を流過する飽和液冷媒を管外の冷媒の蒸発潜熱により過冷却するため、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００５９】
請求項９記載の第９の発明においては、過冷却器は蒸発器の上流側に設置され、飽和液冷媒を絞り機構を流過した冷媒の蒸発潜熱により過冷却するため、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００６０】
請求項１０記載の第１０の発明においては、過冷却器は絞り機構と並列に接続され、飽和液冷媒をこれから分岐して小容量の絞り機構を流過した冷媒の蒸発潜熱により過冷却するため、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００６１】
請求項１１記載の第１１の発明においては、過冷却器は飽和冷媒液の一部を中間冷却器の低圧側絞り機構の上流側に導入するバイパス経路に介装され、飽和液冷媒をこれから分岐して小容量の絞り機構を流過した中間圧力の冷媒の蒸発潜熱により過冷却するため、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００６２】
請求項１２記載の第１２の発明においては、過冷却器を小形冷凍サイクルの蒸発器によって構成したため、軸受に供給される液冷媒を容易に過冷却することができるので、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図である。
【図２】 本発明の第２の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図である。
【図３】 本発明の第３の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図である。
【図４】 本発明の第４の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ変形例を示す部分的系統図である。
【図５】 本発明の第５の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図である。
【図６】 本発明の第６の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ変形例を示す部分的系統図である。
【図７】 本発明の第７の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図である。
【図８】 本発明の第８の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図、（Ｃ）は変形例を示す部分的系統図である。
【図９】 本発明の第９の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図、（Ｃ）は変形例を示す部分的系統図である。
【図１０】 本発明の第１０の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図、（Ｃ） は変形例を示す部分的系統図である。
【図１１】 本発明の第１１の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図である。
【図１２】 従来のターボ冷凍機を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図である。
【符号の説明】
３０ ターボ圧縮機
３１ 羽根車
３７ 吸込ベーン
３８ モータ
３４ 密閉ハウジング
２ 凝縮器
３ 伝熱管
４６ ハウジング
４７ 絞り機構
５ 蒸発器
６ 伝熱管
４５ ハウジング
４３ 液溜り
３２ インバータモータ
３５ インバータ
３３ 出力軸
３９、４０、４１、４２ 軸受
４４ 液冷媒ポンプ
４８ 制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明はターボ冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のターボ冷凍機の１例が図１２に示されている。ターボ圧縮機１を運転すると、このターボ圧縮機１から吐出された高圧のガス冷媒は凝縮器２に入り、ここで伝熱管３内を流過する冷却水等の冷却媒体に放熱することによって凝縮液化する。
【０００３】
この液冷媒は中間冷却器４に入り、その高圧側絞り機構２４で中間圧力まで絞られることにより液冷媒の一部が蒸発してエリミネータ２６で液滴を分離した後、ターボ圧縮機１の高段側羽根車８に吸い込まれる。残部の液冷媒は蒸発潜熱によって冷却された後、低圧側絞り機構２５によって絞られることにより流量が調整されると同時に断熱膨張して低圧の気液二相流となる。この冷媒は蒸発器５に入り、ここで伝熱管６内を流過するブライン、冷水等の被冷却媒体から吸熱することによって蒸発気化して低圧のガス冷媒となり、ターボ圧縮機１に再び吸い込まれる。
【０００４】
ターボ圧縮機１の遠心式羽根車７及び８は回転軸９に固着されて密閉ハウジング１０の内部に収納されている。この回転軸９に固着された小歯車１１は歯車室１９内において大歯車１２と噛合し、この大歯車１２は誘導電動機１３の出力軸１４に固着されている。ターボ圧縮機１の回転軸９は軸受１５、１６によって軸承され、誘導電動機１３の出力軸１４は軸受１７、１８によって軸承されている。
【０００５】
歯車室１９の底部に形成された油溜り２０内の潤滑油は油ポンプ２１によって抽出されて油冷却器２２に入り、ここで伝熱管２３内を流過する冷却媒体と熱交換することによって冷却され、フィルタ２７で異物が除去された後、小歯車１１、大歯車１２、軸受１５、１６、１７、１８に供給されてこれらを潤滑した後油溜り２０に戻る。
【０００６】
この冷凍サイクルのモリエル線図が図１２（Ｂ）に示されている。Ａの状態でターボ圧縮機１に吸い込まれた冷媒ガスは低段側羽根車７で圧縮されることによりＢの状態となり、Ｃの状態で高段側羽根車８に吸い込まれて圧縮されることによりＤの状態となる。このガス冷媒は凝縮器２で冷却されることによりＥの状態となり、次いで、凝縮することによりＦの状態の飽和液冷媒となる。この飽和液冷媒は中間冷却器４の高圧側絞り機構２４によって絞られることによりＧの状態となる。そして、その一部は蒸発してＣの状態となって高段側羽根車８に吸い込まれる。残部は冷却されることによりＨの状態となり、低圧側絞り機構２５によって絞られることによりＩの状態となる。この冷媒は蒸発器５で蒸発することによってＡの状態となって、ターボ圧縮機１に吸い込まれる。なお、Ｊは飽和液線、Ｋは飽和蒸気線である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のターボ冷凍機においては、ターボ圧縮機１の回転軸９は軸受１５、１６により軸承され、誘導電動機１３の出力軸１４は軸受１７、１８により軸承され、かつ、誘導電動機１３の動力は大歯車１２及び小歯車１１を介してターボ圧縮機１に伝達されるため、ターボ圧縮機１、増速機構及び誘導電動機１３の構造が複雑となり、その寸法、重量及びコストが嵩むのみならず機械的損失が大きいので冷凍機の成績係数（ＣＯＰ）が低いという問題があった。
【０００８】
また、軸受１５、１６、１７、１８及び歯車１１、１２は潤滑油によって潤滑されるため、潤滑油を定期的に交換する必要があるとともに潤滑油と冷媒とが互いに溶け込むのを回避できない。潤滑油中に溶け込んだ冷媒はその温度、圧力が上昇すると蒸発するので油ポンプ２１のキャビテーションや軸受１５、１６、１７、１８の潤滑不良及び焼き付き等の不具合を惹起する。また、冷媒中に潤滑油が溶け込むと、凝縮器２や蒸発器５の伝熱性能が低下するので、冷凍能力の低下、消費動力の増加、冷凍機の異常停止等を惹起するおそれがあった。
【０００９】
【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、その要旨とするところは、（１）蒸発器で蒸発ガス化したガス冷媒を吸い込んで圧縮するターボ圧縮機から吐出された高圧ガス冷媒が凝縮器で冷却媒体に放熱することによって凝縮し、絞り機構で絞られた後、蒸発器で被冷却媒体から吸熱することによって蒸発して上記ターボ圧縮機に循環するターボ冷凍機において、上記ターボ圧縮機の羽根車が直結されたインバータモータの出力軸を軸承する軸受を設け、上記軸受は、上記蒸発器の液溜りから抽出された飽和液冷媒を液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態とした後、上記軸受に供給することにより潤滑されるものであって、上記ターボ圧縮機に設けた吸込ベーンと上記インバータモータとを互いに関連させて制御する制御装置を設けたことを特徴とするターボ冷凍機にある。
【００１０】
他の特徴とするところは、（２）蒸発器で蒸発ガス化したガス冷媒を吸い込んで圧縮するターボ圧縮機から吐出された高圧ガス冷媒が凝縮器で冷却媒体に放熱することによって凝縮し、絞り機構で絞られた後、蒸発器で被冷却媒体から吸熱することによって蒸発して上記ターボ圧縮機に循環するターボ冷凍機において、上記ターボ圧縮機の羽根車が直結されたインバータモータの出力軸を軸承する軸受を設け、上記軸受は、上記凝縮器で凝縮した飽和液冷媒を液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態とした後、上記軸受に供給することにより潤滑されるものであって、上記ターボ圧縮機に設けた吸込ベーンと上記インバータモータとを互いに関連させて制御する制御装置を設けたことを特徴とするターボ冷凍機にある。
【００１１】
他の特徴とするところは、（３）上記手段（２）に記載のターボ冷凍機において、上記ターボ圧縮機を多段ターボ圧縮機とするとともに上記凝縮器で凝縮した飽和液冷媒の一部が蒸発することによって残部の液冷媒を冷却する中間冷却器を設け、この中間冷却器で冷却された液冷媒を上記液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態とした後、上記軸受に供給するとともに上記中間冷却器で蒸発した冷媒を上記多段ターボ圧縮機の中間吸込口に吸い込ませることにある。
【００１２】
他の特徴とするところは、（４）蒸発器で蒸発ガス化したガス冷媒を吸い込んで圧縮するターボ圧縮機から吐出された高圧ガス冷媒が凝縮器で冷却媒体に放熱することによって凝縮し、絞り機構で絞られた後、蒸発器で被冷却媒体から吸熱することによって蒸発して上記ターボ圧縮機に循環するターボ冷凍機において、上記ターボ圧縮機の羽根車が直結されたインバータモータの出力軸を軸承する軸受を設け、上記軸受は、上記凝縮器で凝縮した飽和液冷媒を過冷却器によって過冷却状態とした後、上記軸受に供給することにより潤滑されるものであって、上記ターボ圧縮機に設けた吸込ベーンと上記インバータモータとを互いに関連させて制御する制御装置を設けたことを特徴とするターボ冷凍機にある。
【００１３】
他の特徴とするところは、（５）上記手段（４）に記載のターボ冷凍機において、上記過冷却器によって過冷却状態とした液冷媒を更に液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態として上記軸受に供給することにある。
【００１４】
他の特徴とするところは、（６）上記手段（４）又は（５）に記載のターボ冷凍機において、上記過冷却器は上記飽和液冷媒を上記冷却媒体と熱交換させて過冷却することにある。
【００１５】
他の特徴とするところは、（７）上記手段（４）又は（５）に記載のターボ冷凍機において、上記過冷却器は上記飽和液冷媒を上記被冷却媒体と熱交換させて過冷却することにある。
【００１６】
他の特徴とするところは、（８）上記手段（４）又は（５）に記載のターボ冷凍機において、上記過冷却器は上記蒸発器の内部に設置された伝熱管からなり、この伝熱管内を流過する上記飽和液冷媒を管外の冷媒の蒸発潜熱により過冷却することにある。
【００１７】
他の特徴とするところは、（９）上記手段（４）又は（５）に記載のターボ冷凍機において、上記過冷却器は上記蒸発器の上流側に設置され、上記飽和液冷媒を上記絞り機構を流過した冷媒の蒸発潜熱により過冷却することにある。
【００１８】
他の特徴とするところは、（１０）上記手段（４）又は（５）に記載のターボ冷凍機において、上記過冷却器は上記絞り機構と並列に接続され、上記飽和液冷媒をこれから分岐して小容量の絞り機構を流過した冷媒の蒸発潜熱により過冷却することにある。
【００１９】
他の特徴とするところは、（１１）上記手段（４）又は（５）に記載のターボ冷凍機において、上記ターボ圧縮機を多段ターボ圧縮機とし、高圧側絞り機構及び低圧側絞り機構を具備する中間冷却器を設けるとともに上記飽和液冷媒の一部を上記中間冷却器の低圧側絞り機構の上流側に導入するバイパス経路を設け、上記過冷却器は上記バイパス経路に介装され、上記飽和液冷媒をこれから分岐して小容量の絞り機構を流過した中間圧力の冷媒の蒸発潜熱により過冷却することにある。
【００２０】
他の特徴とするところは、（１２）上記手段（４）又は（５）に記載のターボ冷凍機において、上記蒸発器で吸熱する他の小形冷凍サイクルを設け、上記過冷却器を上記小形冷凍サイクルの蒸発器によって構成したことにある。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態が図１に示されている。ターボ圧縮機３０の遠心式羽根車３１はインバータモータ３２の出力軸３３に固着されている。そして、これら羽根車３１及びインバータモータ３２は１の密閉ハウジング３４内に収納されている。
インバータモータ３２にはインバータ３５によって周波数が調整された電流が接続端子３６を介して供給される。ターボ圧縮機３０には吸込ベーン３７が設けられ、この吸込ベーン３７をモータ３８により開閉することによってターボ圧縮機３０に吸入される冷媒ガスの量が調整される。
【００２２】
そして、インバータ３５及び吸込ベーン３７は制御装置４８からの指令を受けて同時に互いに関連して制御される。インバータモータ３２の出力軸３３はラジアル軸受３９、４０及びスラスト軸受４１、４２によって軸承されている。蒸発器５の下部に形成された液溜り４３内の飽和液冷媒は液冷媒ポンプ４４により抽出され、この液冷媒ポンプ４４により所定の圧力、即ち、過冷却状態になるように加圧された後、軸受３９ないし４２に供給されてこれらを潤滑する。そして、軸受３９ないし４２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５のハウジング４５内に戻る。
【００２３】
しかして、ターボ冷凍機の運転時、ターボ圧縮機３０から吐出されたガス冷媒は凝縮器２のハウジング４６内に入り、ここで伝熱管３内を流過する冷却媒体に放熱することにより凝縮液化する。この液冷媒は絞り機構４７に入り、ここで絞られることによって断熱膨張すると同時にその流量が調整されて気液二相となる。そして、この冷媒は蒸発器５のハウジング４５内に入り、ここで伝熱管６内を流過する被冷却媒体を冷却することによって蒸発気化した後、ターボ圧縮機３０に吸入されて再び圧縮される。
【００２４】
この冷凍サイクルのモリエル線図が図１（Ｂ）に示されている。Ａの状態でターボ圧縮機３０に吸い込まれた冷媒ガスは羽根車３１で圧縮されることによりＢの状態となる。このガス冷媒は凝縮器２で冷却されてＣの状態となり、次いで、凝縮することによりＤの状態の飽和液冷媒となる。この飽和液冷媒は絞り機構４７によって絞られることによりＥの状態となり、次いで、蒸発器５で蒸発することによってＡの状態となってターボ圧縮機３０に吸い込まれる。なお、Ｊは飽和液線、Ｋは飽和蒸気線である。
【００２５】
しかして、ターボ圧縮機３０をインバータモータ３２によって駆動しているため、インバータ周波数を高くすることによりターボ圧縮機３０を高速で回転させることができる。従って、従来のように増速機構を要しないので、ターボ冷凍機の構造が簡素化され、その寸法、重量及びコストを低減しうるとともに機械的損失を低減しうるので、冷凍機の成績係数を向上しうる。また、ターボ圧縮機３０に吸込ベーン３７を設け、この吸込ベーン３７の開度、即ち、吸入ガス量とインバータモータ３２の回転数とを互いに関連させて制御装置４８により制御しているので、ターボ圧縮機３０の効率を向上することができ、従って、冷凍機の成績係数を向上しうる。
【００２６】
更に、インバータモータ３２の出力軸３３にターボ圧縮機３０の羽根車３１を直結したため、これらを１の密閉ハウジング３４内に収納することができるとともに構造を簡素化しうるので、寸法、重量及びコストを低減しうるとともに機械的損失を低減できる。更に、インバータモータ３２の出力軸３３を液冷媒により潤滑される軸受３９ないし４２によって軸承したため、従来のように潤滑油を用いる必要がない。従って、従来のように潤滑油の定期的交換が不要となるとともに潤滑油と冷媒とが互いに溶け込むことはないので、油ポンプのキャビテーション、軸受の潤滑不良、凝縮器や蒸発器の伝熱性能の悪化を防止することができる。
【００２７】
また、蒸発器５の液溜り４３から抽出された飽和液冷媒を液冷媒ポンプ４４により加圧した後、軸受３９ないし４２に供給しているため、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は図１（Ｂ） のモリエル線図上にＰ１で示す過冷却状態となっているので、この液冷媒が軸受３９ないし４２で蒸発することはなく、従って、軸受３９ないし４２を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００２８】
本発明の第２の実施形態が図２に示されている。この第２の実施形態においては、ターボ圧縮機が２段ターボ圧縮機５０とされ、その遠心式羽根車５１、５２はいずれもインバータモータ３２の出力軸３３に固着されている。そして、凝縮器２で凝縮した飽和液冷媒の一部を蒸発させることによって残部の液冷媒を冷却する中間冷却器５３が設けられている。この中間冷却器５３はハウジング５４の内部を仕切板５８で区画することによって形成された高圧室５９及び低圧室６０と、高圧室５９に内蔵された高圧側絞り機構５５、低圧室６０に内蔵された低圧側絞り機構５６及びミストセパレータ５７を具備している。
【００２９】
凝縮器２で凝縮した飽和液冷媒は高圧室５９内に供給され、ここで高圧側絞り機構５５により絞られることによって中間圧となり、低圧室６０内でその一部が蒸発することによって残部が冷却される。蒸発した冷媒ガスはミストセパレータ５７を流過する過程でこれに含まれるミストを分離除去した後、ターボ圧縮機５０の中間吸込口６１から第２段羽根車５２に吸い込まれて圧縮される。冷却された液冷媒は低圧側絞り機構５６で再び絞られることによって断熱膨張し、かつ、流量を調整されて蒸発器５に供給される。
この中間冷却器５３で冷却された液冷媒の一部が液冷媒ポンプ４４により加圧された後、軸受３９ないし４２に供給されてこれらを潤滑するようになっている。他の構成は図１に示す第１の実施形態と同様であり、対応する部材には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００３０】
しかして、この第２の実施形態においては、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は図２（Ｂ）のモリエル線図上にＰ２で示す過冷却状態となるので、液冷媒が軸受３９ないし４２で蒸発するのを阻止することができるとともに液冷媒ポンプ４４を第１の実施形態に比し小形化し、かつ、その駆動動力を節減できる。
【００３１】
本発明の第３の実施形態が図３に示されている。この第３の実施形態においては、凝縮器２で凝縮した飽和液冷媒が液冷媒ポンプ４４によって加圧された後、軸受３９ないし４２に供給されるようになっている。他の構成は図１に示す第１の実施形態と同様であり、対応する部材には同じ符号を付してその説明を省略する。しかして、この第３の実施形態においては、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は図３（Ｂ）のモリエル線図上にＰ３で示す過冷却状態となっているのでこの液冷媒によって軸受３９ないし４２を効果的に潤滑できる。
【００３２】
本発明の第４の実施形態が図４に示されている。この第４の実施形態においては、凝縮器４で凝縮された飽和液冷媒が過冷却器６２の容器６３内に入り、その伝熱管６４を流過する冷却媒体と熱交換することによって過冷却された後、軸受３９ないし４２に供給されるようになっている。そして、伝熱管６４から流出した冷却媒体は凝縮器２の伝熱管３に流入するようになっている。
【００３３】
なお、図４（Ｃ）に示すように、冷却媒体を分岐させてその一部を過冷却器６２の伝熱管６４に流入させ、残部を凝縮器２の伝熱管３に流入させることができ、また、図４（Ｄ）に示すように、液冷媒を伝熱管６４内を流過させて管外の冷却媒体と熱交換させるようにすることもできる。他の構成は図１に示す第１の実施形態と同様であり、対応する部材には同じ符号を付してその説明を省略する。
この第４の実施形態においては、液冷媒は冷却媒体により約５ｄｅｇ℃冷却されて図４（Ｂ）のモリエル線図上にＰ４で示す過冷却状態となって軸受３９ないし４２に供給される。
【００３４】
本発明の第５の実施形態が図５に示されている。この第５の実施形態においては、凝縮器２で凝縮した飽和液冷媒が過冷却器６２で過冷却された後、液冷媒ポンプ４４で加圧されて軸受３９ないし４２に供給されるようになっている。他の構成は図４に示す第４の実施形態と同様であり、対応する部材には同じ符号を付してその説明を省略する。
しかして、この第５の実施形態においては、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は図５（Ｂ）のモリエル線図上にＰ５で示す過冷却状態となるので、軸受３９ないし４２を効果的に潤滑できる。
【００３５】
本発明の第６の実施形態が図６に示されている。この第６の実施形態においては、凝縮器２で凝縮した飽和液冷媒が過冷却器６６の容器６８内に入り、ここで伝熱管６７内を流過する被冷却媒体と熱交換することによって過冷却されるようになっている。
【００３６】
なお、図６（Ｃ）に示すように、蒸発器５の伝熱管６を流過することによって冷却された被冷却媒体を過冷却器６６の伝熱管６７に流入させることができ、また、図６（Ｄ）に示すように、蒸発器５の伝熱管６を流過することによって冷却された被冷却媒体が過冷却器６６の容器６８内を流過する過程で伝熱管６７内を流過する飽和液冷媒を冷却するようにすることもできる。他の構成は図１に示す第１の実施形態と同様である。
この第６の実施形態においては、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は図６（Ｂ）のモリエル線図上にＰ６で示す過冷却状態となるので、軸受３９ないし４２を効果的に潤滑できる。
【００３７】
本発明の第７の実施形態が図７に示されている。この第７の実施形態においては、蒸発器５のハウジング４５内に設置された伝熱管７０が過冷却器を構成している。しかして、凝縮器２で凝縮した飽和液冷媒の一部が伝熱管７０に入り、この内部を流過する過程で管外の冷媒の蒸発潜熱により過冷却されるようになっている。他の構成は図１に示す第１の実施形態と同様である。この第７の実施形態においては、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は図７（Ｂ）のモリエル線図上にＰ７で示す過冷却状態となるので、軸受３９ないし４２を効果的に潤滑できる。
【００３８】
本発明の第８の実施形態が図８に示されている。この第８の実施形態においては、過冷却器７２が蒸発器５の上流側に設置され、絞り機構４７で断熱膨張した気液二相の冷媒が過冷却器７２の容器７４に導入されてここで一部が蒸発するようになっている。
【００３９】
しかして、凝縮器２で凝縮した飽和液冷媒が過冷却器７２の伝熱管７３内を流過する過程で管外の冷媒の蒸発潜熱によって過冷却される。なお、図８（Ｃ）に示すように、飽和液冷媒を容器７４内に導き、伝熱管７３内を流過する冷媒の蒸発潜熱により過冷却することもできる。他の構成は図１に示す第１の実施形態と同様である。この第８の実施形態においては、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は図８（Ｂ）のモリエル線図上にＰ８で示す過冷却状態となるので、軸受３９ないし４２を効果的に潤滑できる。
【００４０】
本発明の第９の実施形態が図９に示されている。この第９の実施形態においては、過冷却器７６が絞り機構４７と並列に接続されている。
しかして、凝縮器２で凝縮した飽和液冷媒は分岐して大部分は絞り機構４７を経て蒸発器５に流入するが、一部は小容量の絞り機構７９を経て過冷却器７６の容器７８内に入り、伝熱管７７内を流過する飽和液冷媒と熱交換することによって蒸発した後、蒸発器５に導入される。伝熱管７７内を流過する過程で管外の冷媒の蒸発潜熱により過冷却された液冷媒は軸受３９ないし４２に供給される。
【００４１】
なお、図９（Ｃ）に示すように、小容量の絞り機構７９を流過した冷媒を過冷却器７６の伝熱管７７に導き、容器７８内を流過する飽和液冷媒を過冷却することもできる。他の構成は図１に示す第１の実施形態と同様である。しかして、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は、図９（Ｂ）のモリエル線図上にＰ９で示す過冷却状態となるので、軸受３９ないし４２を効果的に潤滑できる。
【００４２】
本発明の第１０の実施形態が図１０に示されている。この第１０の実施形態においては、凝縮器２で凝縮した飽和液冷媒の一部を分岐して中間冷却器５３の低圧室６０に導入するバイパス経路８０が設けられ、このバイパス経路８０に小容量の絞り機構８１及び過冷却器８２が介装されている。
【００４３】
しかして、飽和液冷媒の一部は小容量の絞り機構８１で絞られることによって中間圧力に減圧された後、過冷却器８２の容器８３内に入り、ここで蒸発することによって絞り機構８１の上流側から分岐して伝熱管８４内を流過する飽和液冷媒を過冷却した後、中間冷却器５３の低圧室６０内に導かれる。伝熱管８４内を流過することによって過冷却された飽和液冷媒は軸受３９ないし４２に導かれる。
【００４４】
なお、図１０（Ｃ）に示すように、小容量の絞り機構８１で減圧された冷媒を過冷却器８２の伝熱管８４内で蒸発させることにより管外の飽和液冷媒を過冷却することもできる。他の構成は図２に示す第２の実施形態と同様であり、対応する部材には同じ符号が付してその説明を省略する。しかして、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は、図１０（Ｂ）のモリエル線図上にＰ１０で示す過冷却状態となるので、軸受３９ないし４２を効果的に潤滑できる。
【００４５】
本発明の第１１の実施形態が図１１に示されている。この第１１の実施形態においては、小形の冷凍サイクル９０が設けられ、この冷凍サイクル９０は圧縮機９１、凝縮器９２、絞り機構９３、蒸発器９４等からなる。上記凝縮器９２は蒸発器５のハウジング４５内に設置された伝熱管によって構成され、上記蒸発器９４はその容器９５内に飽和液冷媒が流過する伝熱管９６を設置することによって過冷却器を構成している。
【００４６】
しかして、この小形の冷凍サイクル９０の圧縮機９１を運転すると、圧縮機９１から吐出された冷媒が伝熱管９２内を流過する過程で管外の冷媒の蒸発潜熱により冷却されて液化する。この液冷媒は絞り機構９３を経て過冷却器９４の容器９５内に入り、ここで伝熱管９６内を流過する飽和液冷媒から吸熱することによって蒸発した後圧縮機９１に吸入されて再び圧縮される。伝熱管９６内を流過することによって過冷却された液冷媒は軸受３９ないし４２に供給される。しかして、軸受３９ないし４２に供給された液冷媒は、図１１（Ｂ）のモリエル線図上にＰ１１で示す過冷却状態となるので、軸受３９ないし４２を効果的に潤滑できる。
【００４７】
【発明の効果】
請求項１記載の第１の発明においては、ターボ圧縮機をインバータモータによって駆動しているため、インバータ周波数を高くすることによりターボ圧縮機を高速で回転させることができる。従って、従来のように増速機構を要しないので、ターボ冷凍機の構造が簡素化され、その寸法、重量及びコストを低減しうるとともに機械的損失を低減しうるので、その成績係数を向上しうる。
【００４８】
また、ターボ圧縮機に吸込ベーンを設け、この吸込ベーンの開度、即ち、吸入ガス量とインバータモータの回転数とを互いに関連させて制御装置により制御しているので、ターボ圧縮機の効率を向上することができ、従って、ターボ冷凍機の成績係数を向上しうる。
【００４９】
更に、インバータモータの出力軸にターボ圧縮機の羽根車を直結したため、これらを１の密閉ハウジング内に収納することができるとともに構造を簡素化しうるので、その寸法、重量及びコストを低減しうるとともに機械的損失を低減できる。
【００５０】
そして、インバータモータの出力軸を液冷媒により潤滑される軸受によって軸承したため、潤滑油を用いる必要がなく、従って、潤滑油の定期的交換が不要となるとともに潤滑油と冷媒が互いに溶け込むことはないので、油ポンプのキャビテーション、軸受の潤滑不良、凝縮器や蒸発器の伝熱性能の悪化等を防止することができる。
【００５１】
また、蒸発器の液溜りから抽出された飽和液冷媒を液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態とした後、軸受に供給しているため、液冷媒が過冷却状態で軸受に供給され、軸受で蒸発することはないので、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００５２】
請求項２記載の第２の発明においては、前記段落００４７〜００５０に記載の作用効果を奏すると共に、凝縮器で凝縮した飽和液冷媒を液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態とした後、軸受に供給するため、軸受に供給される液冷媒を容易に過冷却状態とすることができるので、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００５３】
請求項３記載の第３の発明においては、上記第２の発明の作用効果を奏すると共に、中間冷却器で冷却された液冷媒を液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態とした後、軸受に供給するため、軸受に供給される液冷媒を容易に過冷却状態とすることができるので、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００５４】
請求項４記載の第４の発明においては、凝縮器で凝縮した飽和液冷媒を過冷却器によって過冷却状態とした後、軸受に供給するため、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００５５】
請求項５記載の第５の発明においては、上記第４の発明の作用効果を奏すると共に、過冷却器によって過冷却状態とした液冷媒を更に液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態として軸受に供給するため、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００５６】
請求項６記載の第６の発明においては、過冷却器は飽和液冷媒を冷却媒体と熱交換させて過冷却するため、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００５７】
請求項７記載の第７の発明においては、過冷却器は飽和液冷媒を被冷却媒体と熱交換させて過冷却するため、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００５８】
請求項８記載の第８の発明においては、過冷却器は蒸発器の内部に設置された伝熱管からなり、この伝熱管内を流過する飽和液冷媒を管外の冷媒の蒸発潜熱により過冷却するため、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００５９】
請求項９記載の第９の発明においては、過冷却器は蒸発器の上流側に設置され、飽和液冷媒を絞り機構を流過した冷媒の蒸発潜熱により過冷却するため、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００６０】
請求項１０記載の第１０の発明においては、過冷却器は絞り機構と並列に接続され、飽和液冷媒をこれから分岐して小容量の絞り機構を流過した冷媒の蒸発潜熱により過冷却するため、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００６１】
請求項１１記載の第１１の発明においては、過冷却器は飽和冷媒液の一部を中間冷却器の低圧側絞り機構の上流側に導入するバイパス経路に介装され、飽和液冷媒をこれから分岐して小容量の絞り機構を流過した中間圧力の冷媒の蒸発潜熱により過冷却するため、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【００６２】
請求項１２記載の第１２の発明においては、過冷却器を小形冷凍サイクルの蒸発器によって構成したため、軸受に供給される液冷媒を容易に過冷却することができるので、軸受を液冷媒によって効果的に潤滑することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図である。
【図２】 本発明の第２の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図である。
【図３】 本発明の第３の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図である。
【図４】 本発明の第４の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ変形例を示す部分的系統図である。
【図５】 本発明の第５の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図である。
【図６】 本発明の第６の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ変形例を示す部分的系統図である。
【図７】 本発明の第７の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図である。
【図８】 本発明の第８の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図、（Ｃ）は変形例を示す部分的系統図である。
【図９】 本発明の第９の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図、（Ｃ）は変形例を示す部分的系統図である。
【図１０】 本発明の第１０の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図、（Ｃ） は変形例を示す部分的系統図である。
【図１１】 本発明の第１１の実施形態を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図である。
【図１２】 従来のターボ冷凍機を示し、（Ａ）は系統図、（Ｂ）はモリエル線図である。
【符号の説明】
３０ ターボ圧縮機
３１ 羽根車
３７ 吸込ベーン
３８ モータ
３４ 密閉ハウジング
２ 凝縮器
３ 伝熱管
４６ ハウジング
４７ 絞り機構
５ 蒸発器
６ 伝熱管
４５ ハウジング
４３ 液溜り
３２ インバータモータ
３５ インバータ
３３ 出力軸
３９、４０、４１、４２ 軸受
４４ 液冷媒ポンプ
４８ 制御装置
Claims (12)
- 蒸発器で蒸発ガス化したガス冷媒を吸い込んで圧縮するターボ圧縮機から吐出された高圧ガス冷媒が凝縮器で冷却媒体に放熱することによって凝縮し、絞り機構で絞られた後、蒸発器で被冷却媒体から吸熱することによって蒸発して上記ターボ圧縮機に循環するターボ冷凍機において、上記ターボ圧縮機の羽根車が直結されたインバータモータの出力軸を軸承する軸受を設け、上記軸受は、上記蒸発器の液溜りから抽出された飽和液冷媒を液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態とした後、上記軸受に供給することにより潤滑されるものであって、上記ターボ圧縮機に設けた吸込ベーンと上記インバータモータとを互いに関連させて制御する制御装置を設けたことを特徴とするターボ冷凍機。
- 蒸発器で蒸発ガス化したガス冷媒を吸い込んで圧縮するターボ圧縮機から吐出された高圧ガス冷媒が凝縮器で冷却媒体に放熱することによって凝縮し、絞り機構で絞られた後、蒸発器で被冷却媒体から吸熱することによって蒸発して上記ターボ圧縮機に循環するターボ冷凍機において、上記ターボ圧縮機の羽根車が直結されたインバータモータの出力軸を軸承する軸受を設け、上記軸受は、上記凝縮器で凝縮した飽和液冷媒を液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態とした後、上記軸受に供給することにより潤滑されるものであって、上記ターボ圧縮機に設けた吸込ベーンと上記インバータモータとを互いに関連させて制御する制御装置を設けたことを特徴とするターボ冷凍機。
- 上記ターボ圧縮機を多段ターボ圧縮機とするとともに上記凝縮器で凝縮した飽和液冷媒の一部が蒸発することによって残部の液冷媒を冷却する中間冷却器を設け、この中間冷却器で冷却された液冷媒を上記液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態とした後、上記軸受に供給するとともに上記中間冷却器で蒸発した冷媒を上記多段ターボ圧縮機の中間吸込口に吸い込ませることを特徴とする請求項２記載のターボ冷凍機。
- 蒸発器で蒸発ガス化したガス冷媒を吸い込んで圧縮するターボ圧縮機から吐出された高圧ガス冷媒が凝縮器で冷却媒体に放熱することによって凝縮し、絞り機構で絞られた後、蒸発器で被冷却媒体から吸熱することによって蒸発して上記ターボ圧縮機に循環するターボ冷凍機において、上記ターボ圧縮機の羽根車が直結されたインバータモータの出力軸を軸承する軸受を設け、上記軸受は、上記凝縮器で凝縮した飽和液冷媒を過冷却器によって過冷却状態とした後、上記軸受に供給することにより潤滑されるものであって、上記ターボ圧縮機に設けた吸込ベーンと上記インバータモータとを互いに関連させて制御する制御装置を設けたことを特徴とするターボ冷凍機。
- 上記過冷却器によって過冷却状態とした液冷媒を更に液冷媒ポンプによって加圧して過冷却状態として上記軸受に供給することを特徴とする請求項４記載のターボ冷凍機。
- 上記過冷却器は上記飽和液冷媒を上記冷却媒体と熱交換させて過冷却することを特徴とする請求項４又は５記載のターボ冷凍機。
- 上記過冷却器は上記飽和液冷媒を上記被冷却媒体と熱交換させて過冷却することを特徴とする請求項４又は５記載のターボ冷凍機。
- 上記過冷却器は上記蒸発器の内部に設置された伝熱管からなり、この伝熱管内を流過する上記飽和液冷媒を管外の冷媒の蒸発潜熱により過冷却することを特徴とする請求項４又は５記載のターボ冷凍機。
- 上記過冷却器は上記蒸発器の上流側に設置され、上記飽和液冷媒を上記絞り機構を流過した冷媒の蒸発潜熱により過冷却することを特徴とする請求項４又は５記載のターボ冷凍機。
- 上記過冷却器は上記絞り機構と並列に接続され、上記飽和液冷媒をこれから分岐して小容量の絞り機構を流過した冷媒の蒸発潜熱により過冷却することを特徴とする請求項４又は５記載のターボ冷凍機。
- 上記ターボ圧縮機を多段ターボ圧縮機とし、高圧側絞り機構及び低圧側絞り機構を具備する中間冷却器を設けるとともに上記飽和液冷媒の一部を上記中間冷却器の低圧側絞り機構の上流側に導入するバイパス経路を設け、上記過冷却器は上記バイパス経路に介装され、上記飽和液冷媒をこれから分岐して小容量の絞り機構を流過した中間圧力の冷媒の蒸発潜熱により過冷却することを特徴とする請求項４又は５記載のターボ冷凍機。
- 上記蒸発器で吸熱する他の小形冷凍サイクルを設け、上記過冷却器を上記小形冷凍サイクルの蒸発器によって構成したことを特徴とする請求項４又は５記載のターボ冷凍機。
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