JP5272941B2

JP5272941B2 - ターボ圧縮機及び冷凍機

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Publication number: JP5272941B2
Application number: JP2009170192A
Authority: JP
Inventors: 稔塚本; 兼太郎小田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2029-07-21
Also published as: CN101963160A; US20110016913A1; JP2011026959A; US8833102B2; CN101963160B

Description

本発明は、流体を複数のインペラにて圧縮可能なターボ圧縮機及び該ターボ圧縮機を備える冷凍機に関する。

水等の冷却対象物を冷却あるいは冷凍する冷凍機として、インペラ等を備えた圧縮手段によって冷媒を圧縮して排出するターボ圧縮機を備えるターボ冷凍機等が知られている。圧縮機においては、圧縮比が大きくなると圧縮機の吐出温度が高くなり容積効率が低下してしまう。そこで、上述のようなターボ冷凍機等が備えるターボ圧縮機においては、複数段に分けて冷媒の圧縮を行う場合がある。

このようなターボ圧縮機においては、圧縮手段の摺動部位に供給される潤滑油を貯留するオイルタンクが設けられている。油ポンプなどから吐出された潤滑油は、油配管を通して圧縮機外部に配されたオイル冷却器に一旦導出され、冷却された後、各ベアリング等の摺動部位に供給されるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平７−８３５２６号公報

ところで、ターボ圧縮機では、高圧ガス保安法冷凍保安規則第７条六に基づく気密テストを行う必要がある。
しかし、従来のターボ圧縮機では、オイル冷却器や油配管が圧縮機の筐体の外部に配されて配管が複雑となり、継手類が多いことから、気密漏れが少なくない。このため、気密テストの基準を満たすことが必ずしも容易ではないという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、高気密性を容易に達成することができるターボ圧縮機及び冷凍機を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係るターボ圧縮機は、筐体と、摺動部位を介して前記筐体に対して回転可能に複数配された圧縮段と、前記摺動部位に供給される潤滑油が貯留されるオイルタンクと、前記潤滑油を冷却するオイル冷却器と、前記オイルタンクと前記オイル冷却器とを連通する一次配管と、前記オイル冷却器と前記摺動部位とを連通する二次配管と、を備え、前記オイル冷却器が収容される収容空間が前記筐体内に形成され、前記一次配管及び前記二次配管が、前記筐体内に配されていることを特徴とする。

この発明は、潤滑油が流れる一次配管及び二次配管並びにオイル冷却器がともにターボ圧縮機の筐体内に配されているので、これらからの気密漏れや油漏れを考慮する必要がなく、高気密性を得ることができる。したがって、気密テストの基準を確実に満たすことできる。

また、本発明に係るターボ圧縮機は、前記ターボ圧縮機であって、前記一次配管及び前記二次配管の少なくとも一部が前記筐体内に形成されていることを特徴とする。
この発明は、より好適に気密漏れや油漏れの確認箇所を削減することができる。

本発明に係る冷却機は、圧縮された冷媒を冷却液化する凝縮器と、液化された前記冷媒を蒸発させて冷却対象物から気化熱を奪うことによって前記冷却対象物を冷却する蒸発器と、前記蒸発器にて蒸発された前記冷媒を圧縮して前記凝縮器に供給するターボ圧縮機と、を備える冷凍機において、前記ターボ圧縮機として、上述したターボ圧縮機を用いたことを特徴とする。

この発明は、上記ターボ圧縮機と同様の作用・効果を奏することができる。

本発明によれば、ターボ圧縮機に課せられる気密テストの基準を容易かつ確実に達成することができる。

本発明の一実施形態に係るターボ冷凍機の概略構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係るターボ冷凍機が備えるターボ圧縮機の垂直断面図である。図２のIII−III断面図である。

本発明に係るターボ圧縮機及び冷凍機の一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
図１に示すように、ターボ冷凍機（冷凍機）１は、例えば空調用の冷却水を生成するためにビルや工場に設置されるものであり、凝縮器２と、エコノマイザ３と、蒸発器５と、ターボ圧縮機６とを備えている。

凝縮器２は、気体状態で圧縮された冷媒（流体）である圧縮冷媒ガスＸ１が供給され、この圧縮冷媒ガスＸ１を冷却液化することによって冷媒液Ｘ２とするものである。
この凝縮器２は、図１に示すように、圧縮冷媒ガスＸ１が流れる流路Ｒ１を介してターボ圧縮機６と接続されており、冷媒液Ｘ２が流れる流路Ｒ２を介してエコノマイザ３と接続されている。なお、流路Ｒ２には、冷媒液Ｘ２を減圧するための膨張弁７が設置されている。

エコノマイザ３は、膨張弁７にて減圧された冷媒液Ｘ２を一時的に貯留するものである。このエコノマイザ３は、冷媒液Ｘ２が流れる流路Ｒ３を介して蒸発器５と接続されており、エコノマイザ３にて生じた冷媒の気相成分Ｘ３が流れる流路Ｒ４を介してターボ圧縮機６と接続されている。なお、流路Ｒ３は、冷媒液Ｘ２をさらに減圧するための膨張弁８が設置されている。また、流路Ｒ４は、ターボ圧縮機６が備える後述する第二圧縮段２７に気相成分Ｘ３を供給するようにターボ圧縮機６と接続されている。

蒸発器５は、冷媒液Ｘ２を蒸発させて水等の冷却対象物から気化熱を奪うことによって冷却対象物を冷却するものである。この蒸発器５は、冷媒液Ｘ２が蒸発されることによって生じる冷媒ガスＸ４が流れる流路Ｒ５を介してターボ圧縮機６と接続されている。なお、流路Ｒ５は、ターボ圧縮機６が備える後述する第一圧縮段２６と接続されている。

ターボ圧縮機６は、冷媒ガスＸ４を圧縮して上記圧縮冷媒ガスＸ１とするものである。
このターボ圧縮機６は、上述のように圧縮冷媒ガスＸ１が流れる流路Ｒ１を介して凝縮器２と接続されており、冷媒ガスＸ４が流れる流路Ｒ５を介して蒸発器５と接続されている。

図２及び図３に示すように、このターボ圧縮機６は、筐体１０と、摺動部位１１を介して筐体１０に対して回転可能に複数配された圧縮段１２と、摺動部位１１に供給される潤滑油が貯留されるオイルタンク１３と、潤滑油を冷却するオイル冷却器１５と、オイルタンク１３とオイル冷却器１５とを連通する一次配管１６と、オイル冷却器１５と摺動部位１１とを連通する二次配管１７と、を備えている。
なお、図２においては、一次配管１６及び二次配管１７を理解しやすくするため、模式的に示している。

筐体１０は、モータハウジング１８と、圧縮機ハウジング２０と、ギアハウジング２１と、に区画されており、それぞれが分離可能に接続されている。モータハウジング１８には、軸線Ｏ回りに回転する出力軸２２と、出力軸２２が接続されて圧縮段１２を駆動させるモータ２３と、が配されている。出力軸２２は、モータハウジング１８に固定された第一軸受２５によって回転可能に支持されている。

圧縮段１２は、冷媒ガスＸ４（図１参照）を吸入して圧縮する第一圧縮段２６と、第一圧縮段２６にて圧縮された冷媒ガスＸ４をさらに圧縮して圧縮冷媒ガスＸ１（図１参照）として排出する第二圧縮段２７とを備えている。第一圧縮段２６は、圧縮機ハウジング２０に配され、第二圧縮段２７は、ギアハウジング２１に配されている。

各圧縮段２６，２７は、回転軸２８に固定され、軸線Ｏ回りに回転駆動される複数のインペラ３０を備えている。回転軸２８は、ギアハウジング２１に固定された第二軸受３１と、圧縮機ハウジング２０に固定された第三軸受３２と、によって、回転可能に支持されている。

ギアハウジング２１には、出力軸２２の駆動力を回転軸２８に伝達するためのギアユニット３３と、が収容される収容空間Ｓ１が形成される。この収容空間Ｓ１には、更に、オイル冷却器１５が収容される。なお、オイル冷却器１５には、外部から冷媒が供給され、外部に冷媒が排出されるように冷媒配管が配設されている。
オイルタンク１３は、収容空間Ｓ１の下方に配されている。このオイルタンク１３は、圧縮機ハウジング２０内に形成された空間Ｓ２とも連通している。

ギアユニット３３は、モータ２３の出力軸２２に固定される大径歯車３５と、回転軸２８に固定されると共に大径歯車３５と噛み合う小径歯車３６とを備えている。そして、出力軸２２の回転数に対して回転軸２８の回転数が増加するようにモータ２３の出力軸２２の回転動力を回転軸２８に伝達する。

一次配管１６及び二次配管１７は、ギアハウジング２１の内部に配されている。上述したように、一次配管１６は、オイルタンク１３とオイル冷却器１５とを繋ぐ配管である。
具体的には、オイルタンク１３内に収容されたオイルポンプ１４とオイル冷却器１５を繋ぐ配管である。

二次配管１７は、オイル冷却器１５と摺動部位１１とを繋ぐ配管である。摺動部位１１は、第一軸受２５、第二軸受３１、第三軸受３２及びギアユニット３３を含む。
そして、二次配管１７は、第一軸受２５に潤滑油を供給する第一配管３７と、第二軸受３１に潤滑油を供給する第二配管３８と、第三軸受３２に潤滑油を供給する第三配管３９と、ギアユニット３３に潤滑油を供給するギア配管（不図示）と、をさらに備えている。
なお、二次配管１７は、オイル冷却器１５から、一旦、収容空間Ｓ１に配置されたマニホールド４０に繋げられた後に、第一配管３７、第二配管３８、第三配管３９及びギア配管にそれぞれ分岐するようになっている。

次に、本実施形態に係るターボ冷凍機１及びターボ圧縮機６の作用について説明する。
まず、オイルポンプ１４によって、潤滑油がオイルタンク１３から一次配管１６を介してオイル冷却器１５に供給される。そして、オイル冷却器１５で熱交換されて冷却された潤滑油は、二次配管１７である第一配管３７、第二配管３８、第三配管３９及びギア配管を介して、摺動部位１１に供給される。

その後モータ２３が駆動され、モータ２３の出力軸２２の回転動力がギアユニット３３を介して回転軸２８に伝達され、これによって第一圧縮段２６及び第二圧縮段２７が回転駆動される。

第一圧縮段２６が回転駆動されると、流路Ｒ５からの冷媒ガスＸ４が第一圧縮段２６に流入する。第一圧縮段２６の内部に流入した冷媒ガスＸ４は、インペラ３０によって速度エネルギを付与されて軸線Ｏ方向から径方向に排出される。
第一圧縮段２６から排出された冷媒ガスＸ４は、速度エネルギを圧力エネルギに変換されることで圧縮され、第二圧縮段２７に供給される。

第二圧縮段２７に供給された冷媒ガスＸ４は、第一圧縮段２６と同様にインペラ３０によって速度エネルギを付与されて軸線Ｏ方向から径方向に排出される。第二圧縮段２７から排出された冷媒ガスＸ４は、速度エネルギを圧力エネルギに変換されることでさらに圧縮されて圧縮冷媒ガスＸ１とされる。そして、第二圧縮段２７の外部に導出された圧縮冷媒ガスＸ１は、流路Ｒ１を介して凝縮器２に供給される。

一方、収容空間Ｓ１、空間Ｓ２に供給されて摺動部位１１から流れ落ちた潤滑油は、オイルタンク１３に回収される。

本実施形態に係るターボ冷凍機１及びターボ圧縮機６によれば、オイル冷却器１５が収容される収容空間Ｓ１が筐体１０内に形成され、一次配管１６及び二次配管１７が筐体１０内に配されているので、これらからの気密漏れや油漏れを考慮する必要がなく、高気密性を得ることができる。したがって、ターボ冷凍機１に課される気密テストの基準を容易かつ確実に満たすことができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、一次配管１６及び二次配管１７の形態は、本実施形態に係るものに限定されることはなく、一次配管及び二次配管の少なくとも一部がターボ圧縮機の筐体の壁面に埋設するように形成されていてもよい。これによって、より好適に気密漏れや油漏れの確認箇所を削減することができる。

また、上記第実施形態においては２つの圧縮段（第一圧縮段２６及び第二圧縮段２７）を備える構成について説明したが、これに限定されるものではなく、１つ又は３つ以上の圧縮段を備える構成を採用しても良い。

さらに、筐体１０としてモータハウジング１８と圧縮機ハウジング２０とギアハウジング２１とが各々区画形成されたターボ圧縮機について説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば、モータが第一圧縮段と第二圧縮段の間に配置されるような構成のものでも良い。

１…ターボ冷凍機（冷凍機）
２…凝縮器
５…蒸発器
６…ターボ圧縮機
１０…筐体
１１…摺動部位
１２…圧縮段
１３…オイルタンク
１５…オイル冷却器
１６…一次配管
１７…二次配管

Claims

筐体と、
摺動部位を介して前記筐体に対して回転可能に複数配された圧縮段と、
前記摺動部位に供給される潤滑油が貯留されるオイルタンクと、
前記潤滑油を冷却するオイル冷却器と、
前記オイルタンクと前記オイル冷却器とを連通する一次配管と、
前記オイル冷却器と前記摺動部位とを連通する二次配管と、
を備え、
前記オイル冷却器が収容される収容空間が前記筐体内に形成され、
前記一次配管及び前記二次配管が前記筐体内に配される
ことを特徴とするターボ圧縮機。
前記一次配管及び前記二次配管の少なくとも一部が前記筐体内に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機。
圧縮された冷媒を冷却液化する凝縮器と、
液化された前記冷媒を蒸発させて冷却対象物から気化熱を奪うことによって前記冷却対象物を冷却する蒸発器と、
前記蒸発器にて蒸発された前記冷媒を圧縮して前記凝縮器に供給するターボ圧縮機と、
を備える冷凍機において、
前記ターボ圧縮機として、請求項１又は２に記載のターボ圧縮機を用いたことを特徴とする冷凍機。