JP5197255B2 - アンモニア冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明はアンモニアを冷媒とする冷凍サイクルからなるアンモニア冷凍装置に関する。

従来、冷凍装置の冷媒としてフロンが用いられてきたが、オゾン層破壊や地球温暖化を防止し地球環境を保護するため、フロンの代替品としてアンモニアが見直されている。

しかし、アンモニアは、腐食性、吸湿性があるため、冷凍装置の圧縮機を駆動するモータが収容されたモータ室に侵入して、モータの固定子及び回転子の巻線の被覆を溶解し又は剥離して、巻線の短絡、焼損、断線を引き起こすことがある。

図４に示すアンモニア冷凍装置は、電源１に接続されたモータ２により駆動される２段スクリュ圧縮機本体３、油分離回収器４、凝縮器５、膨張弁６、蒸発器７を有する冷凍サイクルの循環流路８からなり、圧縮機本体３の吸込み側と吐出側にそれぞれ逆止弁９，１０を、凝縮器５と膨張弁６の間に電磁弁１１を設け、油分離回収器４から油冷却器１２を有する油流路１３を介して圧縮機本体３の油給油箇所に給油する。

このアンモニア冷凍装置の運転時には、圧縮機本体３の吐出口から膨張弁６までは、例えば１．５ＭＰａ（相当飽和温度４０℃）の高圧状態にあり、膨張弁６から圧縮機本体３の吸込み口までは、例えば０．１ＭＰａ（相当飽和温度−３３℃）の低圧状態にある。圧縮機本体３が停止すると、圧縮機本体３の吐出口から吐出側逆止弁１０までの高圧のアンモニアガスが吸込み側逆止弁９まで逆流する。この結果、吸込み側逆止弁９から吐出側逆止弁１０までの間は、例えば０．７ＭＰａ（相当飽和温度１４℃）の中間圧力状態となる。この中間圧力状態で、周囲温度が相当飽和温度の１４℃以下となると、圧縮器本体３のモータ室内のアンモニアガスが液化し、モータ２の固定子巻線と接触し、腐食させることになる。

そこで、特許文献１では、モータ室の下部に液溜部又は液溜器を設けて、固定子の巻線をアンモニア冷媒の気相域に配置し、液相域と接触しないようにすることが提案されている。
実開平６−１７３５４号公報

しかし、引用文献１の従来技術でも、気相域のアンモニアガスが液化するときに液化したアンモニア液が固定子巻線と接触し、前述の問題を引き起こすことがあった。

そこで、本発明は、モータ室に侵入したアンモニア冷媒が液化せず、耐食性、電気的絶縁性に優れたアンモニア冷凍装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、第１の手段は、
モータで駆動する圧縮機本体、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を有し、アンモニアを冷媒とする冷凍サイクルからなり、
前記圧縮機本体の吸込み側と吐出側にそれぞれ逆止弁を設けた冷凍装置において、
前記凝縮器と膨張弁の間に第１電磁弁を設け、
前記吸込み側逆止弁をバイパスするバイパス流路を設けて前記バイパス流路に第２電磁弁を設け、
前記第１電磁弁と前記第２電磁弁を制御する制御装置を設けて、
前記制御装置が前記圧縮機本体の停止時に前記第１電磁弁を閉鎖し、前記第２電磁弁を開放することにより、前記圧縮機本体の吐出口から前記吐出側逆止弁までの高圧アンモニアガスを前記バイパス流路を介して前記吸込み側逆止弁の低圧側である低圧部へ逆流させ、前記圧縮機本体のモータ室内が前記低圧部と同じ圧力となるように構成した。

前記構成の第１の手段では、圧縮機本体の運転を停止すると、圧縮機本体の吐出口から吸込み側逆止弁までの高圧のアンモニアガスが、圧縮機本体からバイパス流路を介して低圧部に逆流する。このため、圧縮機本体のモータ室内は低圧状態となるので、モータ室内のアンモニアガスは低圧部の相当飽和温度以下になるまで液化しない。これにより、モータ室内のアンモニアガスが液化して固定子の巻線に接触することがなくなる。

第２の手段は、第１の手段において、前記バイパス流路に該バイパス流路を逆流するアンモニアガスの速度を抑えるための絞りを設ける。これにより、圧縮機本体の運転停止時に、圧縮機本体の吐出口から吸込み側逆止弁までの高圧のアンモニアガスが圧縮機本体とバイパス流路を通って逆流する速度が抑えられ、圧縮器本体の逆回転が防止される。

第３の手段は、
モータで駆動する圧縮機本体、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を有し、アンモニアを冷媒とする冷凍サイクルからなり、
前記圧縮機本体の吸込み側と吐出側にそれぞれ逆止弁を設けた冷凍装置において、
前記凝縮器と膨張弁の間に第１電磁弁を設け、
前記吸込み側逆止弁の弁体に前記吸込み側逆止弁の前後に連通する穴を形成し、
前記圧縮機本体の停止時に前記第１電磁弁を閉鎖することで、前記圧縮機本体の吐出口から吐出側逆止弁までのアンモニアガスを前記孔を介して吸込み側逆止弁の低圧側である低圧部へ逆流させ、前記圧縮機本体のモータ室内が前記低圧部と同じ圧力となるように構成した。

前記構成の第３の手段では、圧縮機本体の運転を停止すると、圧縮機本体の吐出口から吸込み側逆止弁までの高圧のアンモニアガスが、吸込み側逆止弁の穴を介して低圧部に逆流する。このため、圧縮機本体のモータ室内は低圧状態となるので、モータ室内のアンモニアガスは低圧部の相当飽和温度以下になるまで液化しない。これにより、モータ室内のアンモニアガスが液化して固定子の巻線に接触することがなくなる。

第１の手段の発明によれば、圧縮機本体の運転停止時に、圧縮機本体のモータ室内がバイパス流路により低圧状態となるので、モータ室内のアンモニアガスが液化して固定子の巻線に接触することがなくなり、耐食性、電気的絶縁性が向上する。

第２の手段の発明によれば、バイパス流路に絞りを設けたことにより、圧縮機本体の運転停止時に、圧縮器本体の逆回転が防止される。

第３の手段の発明によれば、圧縮機本体の運転停止時に、圧縮機本体のモータ室内が吸込み側逆止弁の穴により低圧状態となるので、モータ室内のアンモニアガスが液化して固定子の巻線に接触することがなくなり、耐食性、電気的絶縁性が向上する。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。

図１は、本発明の第１実施形態によるアンモニア冷凍装置を示す。このアンモニア冷凍装置は、吸込み側逆止弁９をバイパスするバイパス流路１４を設け、このバイパス流路１４に電磁弁１５と絞り１６を設けた以外は、図４に示す従来のアンモニア冷凍装置と実質的に同一であり、対応する部分には同一符号を附して説明を省略する。なお、以下、説明の便宜上、凝縮器５と絞り弁６の間の電磁弁１１を第１電磁弁、バイパス流路１４の電磁弁１５を第２電磁弁という。

第１電磁弁１１と第２電磁弁１５は、制御装置１７により制御される。制御装置１７は、運転時には第１電磁弁１１を開いて第２電磁弁１５を閉じ、運転停止時には第１電磁弁１１を閉じて第２電磁弁１５を開く。絞り１６は、第２電磁弁１５の下流側にあってもよいし、上流側にあってもよい。

図２は、アンモニア冷凍装置の圧縮機本体３の詳細な断面図を示す。圧縮機本体３は、モータ２、第１段圧縮部１８、第２段圧縮部１９により構成され、これらはケーシング２０，２１，２２内に収容されている。

モータ２は、回転子２３と固定子２４からなり、そのモータケーシング２０には、その外面を囲むようにジャケット２５が形成されている。ジャケット２５には、圧縮機本体３の運転時に冷却用の水又は冷媒液が供給される。

第１段圧縮部１８は、回転可能に支持された互いに噛み合う雌雄１対のスクリュ形ロータ２６，２７からなっている。雄ロータ２６は、一端のロータ軸２８がモータ２の出力軸と一体に形成され、モータ２により駆動される。第１段圧縮部１８のケーシング２１のモータ側には、蒸発器５に連通する第１段吸込み口２９が形成され、反対側には第１段吐出口３０が形成されている。第１段吸込み口２９には吸込み側逆止弁９が設けられている。

第２段圧縮部１９は、回転可能に支持された互いに噛み合う雌雄１対のスクリュ形ロータ３１，３２からなっている。雄ロータ３１は、一端のロータ軸３３が第１段圧縮部１８の雄ロータ２６の吐出側のロータ軸３４とカップリング３５を介して一体回転可能に連結されている。第２段圧縮部１９の雄ロータ３１及び雌ロータ３２の第１段圧縮部１８側には、第１段吐出口３０に連通する第２吸込み口３６が形成され、反対側には油分離回収器４に通じる第２段吐出口３７が形成されている。

前記構成からなるアンモニア冷凍機の動作を説明する。運転時、第１電磁弁１１が開き、第２電磁弁１５が閉じて、モータ２により第１段圧縮部１８と第２段圧縮部１９が駆動される。吸込み口２９から吸い込まれたアンモニア冷媒は第１段圧縮部１８と第２段圧縮部１９で圧縮され、吐出口３７から油分離回収器４に吐出される。油分離回収器４では、圧縮されたアンモニアガス中に含まれる潤滑油が分離され、下方に貯溜する。油分離回収器４で分離されたアンモニアガスは吐出側逆止弁１０を通って凝縮器５に至り、ここで凝縮する。凝縮したアンモニア冷媒は第１電磁弁１１を通過し、膨張弁８で減圧されて、蒸発器７に至り、ここで蒸発し、吸込み逆止弁９を介して圧縮機本体３の吸込み口２９に戻る。油分離回収器４で分離された潤滑油は油流路１３を介して圧縮機本体３の閉じ込み空間や軸受等に供給される。

圧縮機本体３の停止時には、第１電磁弁１１が閉じて、第２電磁弁１５が開き、吸込み逆止弁９のバイパス流路１４が開く。これにより、圧縮機本体３の吐出口３７から吐出側逆止弁１０までの高圧のアンモニアガスは圧縮機本体３の内部に逆流し、さらに吸込み口２９からバイパス流路１４を介して低圧部に連通する。これにより、圧縮機本体３の内部は、特に、モータケーシング２０の図中濁点で示す内部は、低圧部と同じ圧力となるので、モータケーシング２０の内部のアンモニアガスは、モータ２の周囲温度が低圧部の相当飽和温度−３３℃以下になるまで液化しない。このため、モータ２の固定子２４の巻線がアンモニア液と接触することがなく、耐食性が増加する。

圧縮機本体３が停止すると同時に、高圧のアンモニアガスが圧縮機本体３の内部に急激に逆流すると、ロータ２６，２７、３１，３２が逆転すると同時に、軸受等への給油がなされなくなり、軸受が損傷し、ロータ２６，２７、３１，３２が焼き付くおそれがある。しかし、本実施形態では、バイパス流路１４に絞り１６があるので、少しずつアンモニアガスが第１電磁弁１５を介して蒸発器７側に戻るので、ロータ２６，２７、３１，３２が逆転しない。

図４（ａ），（ｂ）は、本発明の第２実施形態によるアンモニア冷凍装置の圧縮機本体３を示す。このアンモニア冷凍装置は、第１実施形態のように吸込み側逆止弁９にバイパス流路１４を設ける代わりに、吸込み側逆止弁９の弁体４２に、弁体４２の前後を連通する径１〜３ｍｍ程度の穴４３を設けた以外は、第１実施形態と同様であり、対応する部分には同一符号を付して説明を省略する。

この実施形態においても、圧縮機本体３の停止時に、吸込み逆止弁９の穴４３を介して低圧部と吸込み口２９が連通しているので、圧縮機本体３の吐出口３７から吐出側逆止弁１０までの高圧のアンモニアガスが圧縮機本体３の内部に逆流し、さらに吸込み逆止弁９の穴４３を介して低圧部に連通する。これにより、モータケーシング２０の内部のアンモニアガスは、モータ２の周囲温度が低圧部の相当飽和温度−３３℃以下になるまで液化しない。このため、モータ２の固定子２４の巻線がアンモニア液と接触することがなく、耐食性が増加する。

本発明の第１実施形態によるアンモニア冷凍装置の全体構成図。 図１のアンモニア冷凍装置の圧縮機本体の断面図。 本発明の第２実施形態によるアンモニア冷凍装置の圧縮機本体の断面図。 従来のアンモニア冷凍装置の全体構成図。

符号の説明

２ モータ
３ 圧縮機本体
５ 凝縮器
６ 膨張弁
７ 蒸発器
９ 吸込み側逆止弁
１０ 吐出側逆止弁
１１ 第１電磁弁
１４ バイパス流路
１５ 第２電磁弁
１６ 絞り
１７ 制御装置
２３ 回転子
２４ 固定子
２５ ジャケット
４０ 温水源
４１ ポンプ
４２ 弁体
４３ 穴

Claims (3)

1. モータで駆動する圧縮機本体、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を有し、アンモニアを冷媒とする冷凍サイクルからなり、
   前記圧縮機本体の吸込み側と吐出側にそれぞれ逆止弁を設けた冷凍装置において、
   前記凝縮器と膨張弁の間に第１電磁弁を設け、
   前記吸込み側逆止弁をバイパスするバイパス流路を設けて前記バイパス流路に第２電磁弁を設け、
   前記第１電磁弁と前記第２電磁弁を制御する制御装置を設けて、
   前記制御装置が前記圧縮機本体の停止時に前記第１電磁弁を閉鎖し、前記第２電磁弁を開放することにより、前記圧縮機本体の吐出口から前記吐出側逆止弁までの高圧アンモニアガスを前記バイパス流路を介して前記吸込み側逆止弁の低圧側である低圧部へ逆流させ、前記圧縮機本体のモータ室内が前記低圧部と同じ圧力となるように構成したことを特徴とするアンモニア冷凍装置。
2. 前記バイパス流路に該バイパス流路を逆流するアンモニアガスの速度を抑えるための絞り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冷凍装置。
3. モータで駆動する圧縮機本体、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を有し、アンモニアを冷媒とする冷凍サイクルからなり、
   前記圧縮機本体の吸込み側と吐出側にそれぞれ逆止弁を設けた冷凍装置において、
   前記凝縮器と膨張弁の間に第１電磁弁を設け、
   前記吸込み側逆止弁の弁体に前記吸込み側逆止弁の前後に連通する穴を形成し、
   前記圧縮機本体の停止時に前記第１電磁弁を閉鎖することで、前記圧縮機本体の吐出口から吐出側逆止弁までのアンモニアガスを前記孔を介して吸込み側逆止弁の低圧側である低圧部へ逆流させ、前記圧縮機本体のモータ室内が前記低圧部と同じ圧力となるように構成したことを特徴とするアンモニア冷凍装置。

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