JP4071230B2

JP4071230B2 - アンモニア用スクリュ圧縮機

Info

Publication number: JP4071230B2
Application number: JP2004306576A
Authority: JP
Inventors: 昇壷井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2004-10-21
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2024-10-21
Also published as: JP2006118417A

Description

本発明は、アンモニアを冷媒とする冷凍装置に用いるアンモニア用スクリュ圧縮機に関するものである。

今日、国際的な取組み及び早急な解決が求められている地球規模に広がる環境問題が少なくなく、中でも冷凍装置に関係するものとしてオゾン層の破壊、地球の温暖化の問題がある。そして、これらの問題に対する国際的な取決めもあり、以前は広く用いられてきたHCFC冷媒のＲ２２はオゾン層を破壊するものとして規制対象になっており、現在はオゾン層への影響がなく、オゾン破壊係数が零であるＲ４０７Ｃ，Ｒ４０４Ａ等のHFC冷媒がHCFC冷媒に取って代わりつつある。しかしながら、HFC冷媒は温暖化係数が大きく、地球温暖化防止の点では問題があり、HCFC冷媒とともに大気へみだりに放出することは禁じられている。

そこで、これらの人工的に作り出された冷媒ではなく、自然界に元々ある物質で冷媒としての性質を備えた自然冷媒が、オゾン破壊係数が零で、温暖化係数も低く、自然界に大量に存在することから見直されてきた。この自然冷媒としては、アンモニアがあるが、アンモニア冷媒は、銅に対する腐食性、毒性、可燃性がある。

このため、アンモニアを冷媒とする冷凍装置にスクリュ圧縮機を採用するには、アンモニア対策が必要となり、従来、この対策を施したアンモニア用スクリュ圧縮機の公知例がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−１４１２２６号公報

特許文献１には、アンモニアを冷媒とする冷凍装置に用いられるアンモニア用スクリュ圧縮機が開示されており、このアンモニア用スクリュ圧縮機は、ステータに耐アンモニア性のあるアルミニウム製エナメル線を採用したアルミニウム製モータを内蔵している。

上述したステータに耐アンモニア性のあるアルミニウム製エナメル線を採用したアンモニア用スクリュ圧縮機の場合、同仕様の他のモータに比してモータのコストが大幅にアップするとともに、性能が悪いという問題がある。
ちなみに、特許文献１には、上記圧縮機以外に、開放形スクリュ圧縮機及びキャンドモータを用いたキャンド形スクリュ圧縮機も開示されている。この開放形スクリュ圧縮機の場合、モータの出力軸に結合する圧縮機本体における駆動側のスクリュロータのロータ軸が、メカニカルシールを介して圧縮機本体ケーシングを貫いているが、この貫通部の隙間を零にすることは不可能で、圧縮機本体内からのアンモニアの漏出が避けられないという問題がある。さらに、メカニカルシールの耐久寿命があるため、メカニカルシールのメンテナンスも必要になるという問題がある。一方、キャンド形スクリュ圧縮機の場合、ステータがキャンによりロータから隔離されたキャンドモータが使用され、コストの大幅な増大を招くだけでなく、性能が悪いという問題がある。

本発明は、斯かる従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、モータのステータに耐アンモニア対策を不要とし、アンモニアの機外への漏出のおそれを無くし、良好な性能を有するアンモニア用スクリュ圧縮機を提供しようとするものである。

上記課題を解決するために、第１発明は、互いに噛み合う駆動側、従動側のスクリュロータを有する圧縮機本体の圧縮機ケーシングと、駆動部であるモータのモータケーシングとが一体的に結合され、上記駆動側のスクリュロータのロータ軸と上記モータの出力軸とが直結され、この出力軸が上記ロータ軸側のみで支持された片側支持状態にあるアンモニア用スクリュ圧縮機において、上記圧縮機本体の下方に上記モータを位置させて、これらを縦形配置にするとともに、圧縮機本体の吸込口を上記モータ側に形成し、上記モータのステータコイルに電力供給するための端子部、及び上記ステータコイルのコイルエンドを、アンモニア液よりも比重が大で、アンモニアガスとは相溶性のない油に浸せきさせた構成とした。

第２発明は、第１発明の構成に加えて、上記モータ内の油面を、耐アンモニア性の部材からなり、上下方向の多数の小貫通部を有する邪魔板で覆った構成とした。

第３発明は、第１発明の構成に加えて、上記モータ内に開閉弁を介して上記油を補給する給油流路と、上記モータ内の油面レベルを検出し、この油面レベルが設定レベルよりも低下した場合には、上記開閉弁を開状態にし、上記油面レベルが上記設定レベルに達すると上記開閉弁を閉状態にする油面センサとを設けた構成とした。

第１発明に係るアンモニア用スクリュ圧縮機によれば、上記モータのステータコイルはアンモニアガスに触れることがなく、これによる腐食を考える必要がなくなり、銅線を用いることができ、圧縮機ケーシングとモータケーシングとを一体化して半密閉構造にすることが可能となり、機外へのアンモニアガスの漏出を零にすることができ、ステータコイルに銅線を用いることができることと相まって、上記端子部も一般的な銅合金製にすることにより製造コストを低減させることが可能になる等の効果を奏する。

第２発明に係るアンモニア用スクリュ圧縮機によれば、第１発明による効果に加えて、邪魔板により油面の波立ちが抑制され、上記コイルエンドが常時確実に油内に浸せきされた状態を維持できるようになり、銅線を使用したステータコイルの腐食防止の信頼性を一層高めることができるという効果を奏する。

第３発明に係るアンモニア用スクリュ圧縮機によれば、第１発明による効果に加えて、上記モータ内において、設定レベルの油面が維持されるようになる結果、上述した第２発明と同様の効果を奏する。

次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、第１発明に係るアンモニア用スクリュ圧縮機１Ａを適用し、アンモニア冷媒を用いた冷凍装置Iを示したものである。そして、この冷凍装置Iは、アンモニア用スクリュ圧縮機１Ａ、油分離回収器２、凝縮器３、膨張弁４および蒸発器５を含む冷媒循環流路Ｌ１と、油分離回収器２の底部から油冷却器６を経て、アンモニア用スクリュ圧縮機１Ａ内の給油箇所に至る油流路Ｌ２とを備えている。

アンモニア用スクリュ圧縮機１Ａは、互いに噛み合う駆動側、従動側のスクリュロータ１１，１２を有する圧縮機本体１３と、駆動部であるモータ１４とからなり、圧縮機本体１３の圧縮機ケーシング１５とモータ１４のモータケーシング１６とは一体的に結合され、半密閉構造を形成している。駆動側のスクリュロータ１１のロータ軸１７はモータ１４の出力軸１８に直結され、ロータ軸１７側のみで支持された片側支持状態にある。圧縮機本体１３とモータ１４とは、圧縮機本体１３の下方にモータ１４が位置するように縦形配置されており、圧縮機本体１３の吸込口２１がモータ１４側、即ち、圧縮機本体１３の下方に形成されている。即ち、圧縮機本体１３の吸込口２１が下方に設けられ、吐出口２２が上方に設けられている。そして、スクリュロータ１１，１２により下方の吸込口２１から吸い込まれたアンモニアガスが油流路Ｌ２から油注入を受けつつ圧縮され、圧縮されたアンモニアガスが油流路Ｌ２からの油を随伴して上方の吐出口２２から油分離回収器２に向けて吐出される。

一方、モータ１４のロータ２３は出力軸１８に吊持された状態になっており、そのロータ２３を取り巻くステータ２４のステータコイルにはモータケーシング１６の下部側面を液密に貫通して設けられた端子部２５から電力供給される。また、上記ステータコイルには銅線が用いられ、端子部２５は一般的に使用される銅合金により形成されるとともに、上記ステータコイルのコイルエンド２６及び端子部２５は、例えばナフテン系の鉱物油のような、アンモニア液よりも比重が大で、アンモニアガスとは相溶性のない油２７に浸せきさせられている。この結果、コイルエンド２６を含み、上記ステータコイル及び端子部２５がアンモニアガスに触れることはなく、これらがアンモニアガスにより腐食されることは防止される。このように、銅線、銅合金の使用により、モータ１４のコストが低減される。また、上述したように、圧縮機ケーシング１５とモータケーシング１６とが半密閉構造を形成するようにできたのは、アンモニアガスが流動する圧縮機ケーシング１５にモータケーシング１６を連通状態にしても、上記ステータコイル及び端子部２５がアンモニアガスに触れることがないことによる。そして、この半密閉構造によりアンモニアガスの機外への漏出も零となる。また、ロータ２３を含むモータ１４内の空間からステータ２４を隔離するキャンのような隔壁を設ける必要もなく、これによる性能低下が生じることもない。

油分離回収器２は内部に油分離エレメント３１を有するとともに、その下方に油流路Ｌ２に通じる油溜め部３２を有し、油分離エレメント３１と油溜め部３２との間の空間部に吐出口２２からの油を随伴したアンモニアガスを流入させている。そして、アンモニアガスが油分離回収器２内に流入し、油分離エレメント３１を経て上方へ通過してゆく過程でアンモニアガスから油が分離され、油分離されたアンモニアガスは油分離エレメント３１の上方から凝縮器３へ向けて出てゆく一方、分離された油は一旦油溜め部３２に溜められた後、油流路Ｌ２から出てゆく。この油流路Ｌ２に流入してきた油は油冷却器６で冷却されて、圧縮機本体１３内のスクリュロータ１１，１２が収容されたロータ室の他、軸受、軸封部等の給油箇所に導かれた後、吐出口２２を経て油溜め部３２に回収され、繰り返し循環させられる。

凝縮器３に流入したアンモニアガスは低温熱源に熱を移し、自らは凝縮してアンモニア液となり膨張弁４を通過する過程で絞り膨張して、気液混合状態になり蒸発器５に至り、ここで高温熱源から熱を受け取りアンモニアガスとなり圧縮機本体１３に戻り、上記同様の循環を繰り返す。

図２及び３は、第２発明に係るアンモニア用スクリュ圧縮機１Ｂを適用し、アンモニア冷媒を用いた冷凍装置IIを示したものである。この冷凍装置IIにおいて、上述した冷凍装置Iと互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この冷凍装置IIでは、モータ１４内の油面は、耐アンモニア性の部材からなり、上下方向の多数の小貫通部３４を有する例えばパンチングメタルのような邪魔板３５で覆われている。

そして、斯かる構成により、油面の波立ちが抑制され、コイルエンド２６が常時確実に油２７内に浸せきされた状態を維持できるようになり、銅線を使用した上記ステータコイルの腐食防止の信頼性を一層高めることが可能となる。

図４は、第３発明に係るアンモニア用スクリュ圧縮機１Ｃを適用し、アンモニア冷媒を用いた冷凍装置IIIを示したものである。この冷凍装置IIIにおいて、上述した冷凍装置Iと互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この冷凍装置IIIでは、油冷却器６の二次側における油流路Ｌ２の部分から分岐し、モータ１４内に開閉弁３７を介して上記油を補給する給油流路Ｌ３と、モータ１４内の油面レベルを検出し、この油面レベルが設定レベルよりも低下した場合には、開閉弁３７を開状態にし、上記油面レベルが上記設定レベルに達すると開閉弁３７を閉状態にする油面センサ３８とが設けられている。

そして、斯かる構成により、モータ１４内において、上記設定レベルの油面が維持されるようになる結果、上述した第２発明の場合と同様、コイルエンド２６が常時確実に油２７内に浸せきされた状態を維持できるようになり、銅線を使用した上記ステータコイルの腐食防止の信頼性を一層高めることが可能となる。

なお、上述したアンモニア用スクリュ圧縮機１Ａ，１Ｂ及び１Ｃは、いずれも油冷式の圧縮機本体１３を備えたものであるが、本発明はこれに限定するものでなく、油冷式の圧縮機本体１３に代えて、無給油式の圧縮機本体を用いてもよい。そして、この無給油式の圧縮機本体を用いた場合には、油分離回収器２は省かれ、吐出口２２は直接凝縮器３に通じることになる。また、この場合には、第３発明に係るアンモニア用スクリュ圧縮機１Ｃについては、図４に示す冷凍装置IIIにおいて、給油流路Ｌ３の給油源を油溜め部３２とし、給油流路Ｌ３を油冷却器６の二次側における油流路Ｌ２の部分から分岐させたのに代えて、図示しない給油源を別途設けて、この給油源に給油流路Ｌ３を接続するようにすればよい。

第１発明に係るアンモニア用スクリュ圧縮機を適用した冷凍装置の全体構成を示す図である。第２発明に係るアンモニア用スクリュ圧縮機を適用した冷凍装置の全体構成を示す図である。図２に示すモータにおける邪魔板を拡大して示す平面図である。第３発明に係るアンモニア用スクリュ圧縮機を適用した冷凍装置の全体構成を示す図である。

符号の説明

I，II，III 冷凍装置
１Ａ，１Ｂ，１Ｃアンモニア用スクリュ圧縮機
２油分離回収器
３凝縮器
４膨張弁
５蒸発器
６油冷却器
１１，１２スクリュロータ
１３圧縮機本体
１４モータ
１５圧縮機ケーシング
１６モータケーシング
１７ロータ軸
１８出力軸
２１吸込口
２２吐出口
２３ロータ
２４ステータ
２５端子部
２６コイルエンド
２７油
３１油分離エレメント
３２油溜め部
３４小貫通孔
３５邪魔板
３７開閉弁
３８油面センサ
Ｌ１冷媒循環流路
Ｌ２油流路
Ｌ３給油流路

Claims

互いに噛み合う駆動側、従動側のスクリュロータを有する圧縮機本体の圧縮機ケーシングと、駆動部であるモータのモータケーシングとが一体的に結合され、上記駆動側のスクリュロータのロータ軸と上記モータの出力軸とが直結され、この出力軸が上記ロータ軸側のみで支持された片側支持状態にあるアンモニア用スクリュ圧縮機において、
上記圧縮機本体の下方に上記モータを位置させて、これらを縦形配置にするとともに、圧縮機本体の吸込口を上記モータ側に形成し、
上記モータのステータコイルに電力供給するための端子部、及び上記ステータコイルのコイルエンドを、アンモニア液よりも比重が大で、アンモニアガスとは相溶性のない油に浸せきさせたことを特徴とするアンモニア用スクリュ圧縮機。
上記モータ内の油面を、耐アンモニア性の部材からなり、上下方向の多数の小貫通部を有する邪魔板で覆ったことを特徴とする請求項１に記載のアンモニア用スクリュ圧縮機。
上記モータ内に開閉弁を介して上記油を補給する給油流路と、上記モータ内の油面レベルを検出し、この油面レベルが設定レベルよりも低下した場合には、上記開閉弁を開状態にし、上記油面レベルが上記設定レベルに達すると上記開閉弁を閉状態にする油面センサとを設けたことを特徴とする請求項１に記載のアンモニア用スクリュ圧縮機。