JP5545326B2 - ターボ圧縮機及び冷凍機 - Google Patents

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本発明は、モータと該モータの回転動力が伝達されて回転駆動されるインペラとを備える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ものである。
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、冷媒をインペラによって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。
このようなターボ冷凍機等が備えるターボ圧縮機は、特許文献1に示すように、インペラを回転駆動する回転動力を得るためのモータやインペラがハウジングに囲われた構成を有している。
特開2007−177695号公報
ところで、ターボ圧縮機においては、動作を円滑とするために、モータの回転動力をインペラに伝達するためのギアユニット等の摺動部位に潤滑油を供給する必要がある。
そして、このような摺動部位に供給された潤滑油は、再利用するためにモータやインペラを囲うハウジングと別に設けられた油タンクに一度回収され、再度摺動部位に供給される。
しかしながら、油タンクは、上述のようにモータやインペラを囲うハウジングと別に設けられるため、ターボ圧縮機を組み立てる際に油タンクをハウジングに接続する工程が必要となり、ターボ圧縮機の組立て工程が煩雑化する。
また、ターボ冷凍機等においては、冷媒としてフロンを用いる場合が多く、より確実に冷媒の漏れを防止するために、ハウジング内部を密閉している。しかしながら、上述のように油タンクをハウジングに接続する場合には、接続箇所が生じることから密閉性の確保が困難となり、当該接続箇所に密閉性を向上させる高度な対策が必要となったり、頻繁にメンテナンスを行ったりする必要が生じる。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ターボ圧縮機において、ハウジング内部の密閉性を容易に向上させることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明のターボ圧縮機は、モータと、上記モータの回転動力が伝達されて回転駆動されるインペラと、上記モータの回転動力を上記インペラに伝達するギアユニットと、少なくとも上記ギアユニットに供給された潤滑油を回収する油タンクとを備えるターボ圧縮機であって、上記油タンクは、上記モータを囲うモータハウジング及び上記インペラを囲うインペラハウジングの少なくともいずれかによって形成された閉空間の一部からなることを特徴とする。
このような特徴を有する本発明のターボ圧縮機によれば、油タンクが、モータを囲うモータハウジング及びインペラを囲うインペラハウジングの少なくともいずれかによって形成された閉空間の一部から構成される。
また、本発明のターボ圧縮機においては、上記モータハウジング及び上記インペラハウジングによって形成される上記ギアユニットを収納する空間に接続されると共に上記モータハウジングによって形成される空間が上記油タンクとされるという構成を採用する。
また、本発明のターボ圧縮機においては、上記モータハウジング及び上記インペラハウジングによって形成される上記ギアユニットを収納する空間に接続されると共に上記インペラハウジングによって形成される空間が上記油タンクとされるという構成を採用する。
また、本発明のターボ圧縮機においては、上記モータハウジング及び上記インペラハウジングによって形成される上記ギアユニットを収納する閉空間の下部が上記油タンクとされるという構成を採用する。
また、本発明のターボ圧縮機においては、上記油タンクと上記ギアユニットを収納する閉空間の上部との間に、上記油タンクから上記上部への潤滑油ミスト侵入を抑制する仕切板を備えるという構成を採用する。
次に、本発明の冷凍機は、圧縮された冷媒を冷却液化する凝縮器と、液化された上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上記冷却対象物を冷却する蒸発器と、上記蒸発器にて蒸発された上記冷媒を圧縮して上記凝縮器に供給する圧縮機とを備える冷凍機であって、上記圧縮機として、本発明のターボ圧縮機を備えることを特徴とする。
このような特徴を有する本発明の冷凍機によれば、本発明のターボ圧縮機と同様に、油タンクが、モータを囲うモータハウジング及びインペラを囲うインペラハウジングの少なくともいずれかによって形成された閉空間の一部から構成される。
本発明によれば、油タンクが、モータを囲うモータハウジング及びインペラを囲うインペラハウジングの少なくともいずれかによって形成された閉空間の一部から構成される。このため、油タンクをモータやインペラを囲うハウジングと別体に設ける必要がなく、その接続箇所も不要となる。
したがって、本発明によれば、ターボ圧縮機において、ハウジング内部の密閉性を容易に向上させることが可能となる。
本発明の第1実施形態におけるターボ冷凍機の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第1実施形態におけるターボ冷凍機が備えるターボ圧縮機の水平断面図である。 本発明の第1実施形態におけ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3の要部拡大図である。 本発明の第2実施形態におけ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。 本発明の第3実施形態におけ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。
以下、図面を参照して、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説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態におけるターボ冷凍機S1(冷凍機)の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態におけるターボ冷凍機S1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、図1に示すように、凝縮器1と、エコノマイザ2と、蒸発器3と、ターボ圧縮機4とを備えている。
凝縮器1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1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4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2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5が設置されている。
エコノマイザ2は、膨張弁5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2は、冷媒液X2が流れる流路R3を介して蒸発器3と接続されており、エコノマイザ2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4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6が設置されている。また、流路R4は、ターボ圧縮機4が備える後述する第2圧縮段22に気相成分X3を供給するようにターボ圧縮機4と接続されている。
蒸発器3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3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4と接続されている。なお、流路R5は、ターボ圧縮機4が備える後述する第1圧縮段21と接続されている。
ターボ圧縮機4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4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1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3と接続されている。
このように構成されたターボ冷凍機S1においては、流路R1を介して凝縮器1に供給された圧縮冷媒ガスX1は、凝縮器1によって液化冷却されて冷媒液X2とされる。
冷媒液X2は、流路R2を介してエコノマイザ2に供給される際に膨張弁5によって減圧され、減圧された状態にてエコノマイザ2において一時的に貯留された後、流路R3を介して蒸発器3に供給される際に膨張弁6によってさらに減圧され、さらに減圧された状態にて蒸発器3に供給される。
蒸発器3に供給された冷媒液X2は、蒸発器3によって蒸発されて冷媒ガスX4とされ、流路R5を介してターボ圧縮機4に供給される。
ターボ圧縮機4に供給された冷媒ガスX4は、ターボ圧縮機4によって圧縮されて圧縮冷媒ガスX1とされ、再び流路R1を介して凝縮器1に供給される。
なお、冷媒液X2がエコノマイザ2に貯留されている際に発生した冷媒の気相成分X3は、流路R4を介してターボ圧縮機4に供給され、冷媒ガスX4と共に圧縮されて圧縮冷媒ガスX1として流路R1を介して凝縮器1に供給される。
そして、このようなターボ冷凍機S1では、蒸発器3にて冷媒液X2を蒸発される際に、冷却対象物から気化熱を奪うことによって、冷却対象物の冷却あるいは冷凍を行う。
続いて、本実施形態の特徴部分である上記ターボ圧縮機4についてより詳細に説明する。図2は、ターボ圧縮機4の水平断面図である。また、図3はターボ圧縮機4の垂直断面図である。また、図4は、ターボ圧縮機4が備える圧縮機ユニット20を拡大した垂直断面図である。
これらの図に示すように、本実施形態におけるターボ圧縮機4は、モータユニット10と、圧縮機ユニット20と、ギアユニット30とを備えている。
モータユニット10は、出力軸11を有すると共に圧縮機ユニット20を駆動させるための駆動源となるモータ12と、該モータ12を囲むと共に上記モータ12を支持するモータハウジング13とを備えている。
なお、モータ12の出力軸11は、モータハウジング13に固定される第1軸受14と第2軸受15とによって回転可能に支持されている。
また、モータハウジング13は、ターボ圧縮機4を支持する脚部13aを備えている。そして、本実施形態におけるターボ圧縮機4においては、脚部13aの内部は、中空とされており、ターボ圧縮機4の摺動部位に供給される潤滑油が回収されると共に貯留される油タンク100として用いられる。
すなわち、本実施形態におけるターボ圧縮機4においては、モータハウジング13によって形成される空間が油タンク100とされている。
圧縮ユニット20は、冷媒ガスX4(図1参照)を吸入して圧縮する第1圧縮段21と、第1圧縮段21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2圧縮段22とを備えている。
第1圧縮段21は、スラスト方向から供給される冷媒ガスX4に速度エネルギを付与してラジアル方向に排出する第1インペラ21aと、第1インペラ21aによって冷媒ガスX4に付与された速度エネルギを圧力エネルギに変換することによって圧縮する第1ディフューザ21bと、第1ディフューザ21bによって圧縮された冷媒ガスX4を第1圧縮段21の外部に導出する第1スクロール室21cと、冷媒ガスX4を吸入して第1インペラ21aに供給する吸入口21dを備えている。
なお、第1ディフューザ21b、第1スクロール室21c及び吸入口21dの一部は、第1インペラ21aを囲う第1ハウジング21eによって形成されている。
第1インペラ21aは、回転軸23に固定され、回転軸23がモータ12の出力軸11から回転動力を伝達されて回転されることによって回転駆動される。
また、第1圧縮段21の吸入口21dには、第1圧縮段21の吸入容量を調節するためのインレットガイドベーン21gが複数設置されている。
各インレットガイドベーン21gは、第1ハウジング21eに固定された駆動機構21hによって冷媒ガスX4の流れ方向からの見かけ上の面積が変更可能なように回転可能とされている。
第2圧縮段22は、第1圧縮段21にて圧縮されると共にスラスト方向から供給される冷媒ガスX4に速度エネルギを付与してラジアル方向に排出する第2インペラ22aと、第2インペラ22aによって冷媒ガスX4に付与された速度エネルギを圧力エネルギに変換することによって圧縮して圧縮冷媒ガスX1として排出する第2ディフューザ22bと、第2ディフューザ22bから排出された圧縮冷媒ガスX1を第2圧縮段22の外部に導出する第2スクロール室22cと、第1圧縮段21にて圧縮された冷媒ガスX4を第2インペラ22aに導く導入スクロール室22dとを備えている。
なお、第2ディフューザ22b、第2スクロール室22c及び導入スクロール室22dの一部は、第2インペラ22aを囲う第2ハウジング22eによって形成されている。
第2インペラ22aは、上記回転軸23に第1インペラ21aと背面合わせとなるように固定され、回転軸23がモータ12の出力軸11から回転動力を伝達されて回転されることによって回転駆動される。
第2スクロール室22cは、圧縮冷媒ガスX1を凝縮器1に供給するための流路R1と接続されており、第2圧縮段22から導出した圧縮冷媒ガスX1を流路R1に供給する。
なお、第1圧縮段21の第1スクロール室21cと、第2圧縮段22の導入スクロール室22dとは、第1圧縮段21及び第2圧縮段22とは別体で設けられる外部配管(不図示)を介して接続されており、該外部配管を介して第1圧縮段21にて圧縮された冷媒ガスX4が第2圧縮段22に供給される。この外部配管には、上述の流路R4(図1参照)が接続されており、エコノマイザ2にて発生した冷媒の気相成分X3が外部配管を介して第2圧縮段22に供給される構成となっている。
また、回転軸23は、第1圧縮段21と第2圧縮段22との間の空間50において第2圧縮段22の第2ハウジング22eに固定される第3軸受24と、モータユニット10側において第2ハウジング22eに固定される第4軸受25とによって回転可能に支持されている。
ギアユニット30は、モータ12の出力軸11の回転動力を回転軸23に伝達するためのものであり、モータユニット10のモータハウジング13と圧縮機ユニット20の第2ハウジング22eとによって形成される空間60に収納されている。
このギアユニット30は、モータ12の出力軸11に固定される大径歯車31と、回転軸23に固定されると共に大径歯車31と噛み合う小径歯車32とによって構成されており、出力軸11の回転数に対して回転軸23の回転数が増加するようにモータ12の出力軸11の回転動力を回転軸23に伝達する。
また、ターボ圧縮機4は、軸受(第1軸受14,第2軸受15,第3軸受24,第4軸受25)、インペラ(第1インペラ21a,第2インペラ22a)とハウジング(第1ハウジング21e,第2ハウジング22e)との間、及びギアユニット30等の摺動部位に油タンク40に貯留された潤滑油を供給する潤滑油供給装置70を備えている。なお、図面において潤滑油供給装置70は、一部のみが図示されている。
なお、第3軸受24が配置される空間50とギアユニット30が収納される空間60とは、第2ハウジング22eに形成された貫通孔80によって接続されており、さらに空間60と油タンク100とは接続されている。このため、空間50,60に供給されて摺動部位から流れ落ちた潤滑油は、油タンク100に回収される。
つまり、本実施形態におけるターボ圧縮機4においては、モータハウジング13及び第2ハウジング22e(インペラハウジング)によって形成されるギアユニット30を収納する空間60に接続されると共にモータハウジング13によって形成される空間が油タンク100とされている。
このように構成の本実施形態におけるターボ圧縮機4では、まず、潤滑油供給装置70によって、ターボ圧縮機4の摺動部位に油タンク40から潤滑油が供給され、その後モータ12が駆動される。そして、モータ12の出力軸11の回転動力がギアユニット30を介して回転軸23に伝達され、これによって圧縮機ユニット20の第1インペラ21aと第2インペラ22aとが回転駆動される。
第1インペラ21aが回転駆動されると、第1圧縮段21の吸入口21dが負圧状態となり、流路R5からの冷媒ガスX4が吸入口21dを介して第1圧縮段21に流入する。
第1圧縮段21の内部に流入した冷媒ガスX4は、第1インペラ21aにスラスト方向から流入し、第1インペラ21aによって速度エネルギを付与されてラジアル方向に排出される。
第1インペラ21aから排出された冷媒ガスX4は、第1ディフューザ21bによって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る。
第1ディフューザ21bから排出された冷媒ガスX4は、第1スクロール室21cを介して第1圧縮段21の外部に導出される。
そして、第1圧縮段21の外部に導出された冷媒ガスX4は、外部配管を介して第2圧縮段22に供給される。
第2圧縮段22に供給された冷媒ガスX4は、導入スクロール室22dを介してスラスト方向から第2インペラ22aに流入し、第2インペラ22aによって速度エネルギを付与されたラジアル方向に排出される。
第2インペラ22aから排出された冷媒ガスX4は、第2ディフューザ22bによって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。
第2ディフューザ22bから排出された圧縮冷媒ガスX1は、第2スクロール室22cを介して第2圧縮段22の外部に導出される。
そして、第2圧縮段22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1に供給される。
以上のような本実施形態におけるターボ圧縮機4によれば、油タンク100が、モータ12を囲うモータハウジング13によって形成された閉空間の一部から構成される。このため、油タンクをハウジング(モータハウジング13、第1ハウジング21e、第2ハウジング22e)と別体に設ける必要がなく、その接続箇所も不要となる。
したがって、本実施形態におけるターボ圧縮機4によれば、ターボ圧縮機において、ハウジング内部の密閉性を容易に向上させることが可能となる。
そして、本実施形態におけるターボ冷凍機S1は、ハウジング内部の密閉性が容易に向上されたターボ圧縮機4を備える。
このため、本実施形態におけるターボ冷凍機S1によれば、製造コストやメンテナンスコストを増大させることなく、ターボ圧縮機4の密閉性を向上させることが可能となる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、本第2実施形態の説明において、上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
図5は、本実施形態におけるターボ圧縮機4の垂直断面図である。この図に示すように、本実施形態におけるターボ圧縮機4においては、インペラハウジングである第2ハウジング22eがターボ圧縮機4を支持する脚部22eaを備えている。そして、本実施形態におけるターボ圧縮機4においては、脚部22eaの内部は、中空とされており、油タンク100とされている。そして、モータハウジング13及び第2ハウジング22e(インペラハウジング)によって形成されるギアユニット30を収納する空間60と油タンク100とは接続されている。
つまり、本実施形態におけるターボ圧縮機4においては、モータハウジング13及び第2ハウジング22e(インペラハウジング)によって形成されるギアユニット30を収納する空間60に接続されると共に第2ハウジング22eによって形成される空間が油タンク100とされている。
以上のような本実施形態におけるターボ圧縮機4によれば、油タンク100が、第2インペラ22aを囲う第2ハウジング22eによって形成された閉空間の一部から構成される。このため、油タンクをハウジング(モータハウジング13、第1ハウジング21e、第2ハウジング22e)と別体に設ける必要がなく、その接続箇所も不要となる。
したがって、本実施形態におけるターボ圧縮機4によれば、ターボ圧縮機において、ハウジング内部の密閉性を容易に向上させることが可能となる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。なお、本第3実施形態の説明においても、上記第1実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
図6は、本実施形態におけるターボ圧縮機4の垂直断面図である。この図に示すように、本実施形態におけるターボ圧縮機4においては、モータハウジング13及び第2ハウジング22e(インペラハウジング)によって形成されるギアユニット30を収納する空間60の下部が油タンク100とされている。
そして、本実施形態におけるターボ圧縮機4においては、油タンク100とギアユニット30を収納する空間の上部との間に、油タンク100から上部への潤滑油ミスト侵入を抑制する仕切板200が設置されている。
この仕切板200は、油タンク100とその上部空間との接続空間を狭めることにより、油タンク100にて発生した潤滑油ミストが上部に飛散することを抑制するものである。このような仕切板200を設置することによって、潤滑油を油タンク100にて確実に回収することができる。





以上のような本実施形態におけるターボ圧縮機4によれば、油タンク100が、モータ12を囲うモータハウジング13及び第2インペラ22aを囲う第2ハウジング22eによって形成された閉空間の一部から構成される。このため、油タンクをハウジング(モータハウジング13、第1ハウジング21e、第2ハウジング22e)と別体に設ける必要がなく、その接続箇所も不要となる。
したがって、本実施形態におけるターボ圧縮機4によれば、ターボ圧縮機において、ハウジング内部の密閉性を容易に向上させることが可能となる。
なお、本実施形態におけるターボ圧縮機4においては、モータハウジング13及び第2ハウジング22eによってターボ圧縮機4を支持する脚部を構成しても良いし、別途脚部を設置してターボ圧縮機4を支持しても良い。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係るターボ圧縮機及び冷凍機の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上記第1実施形態においては2つの圧縮段(第1圧縮段21及び第2圧縮段22)を備える構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、単一の圧縮段あるいは3つ以上の圧縮段を備える構成を採用しても良い。
また、上記実施形態においては、ターボ冷凍機が、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との説明をした。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、家庭用や業務用の冷蔵庫あるいは冷凍庫や、家庭用の空調装置に適用することも可能である。
また、上記第1実施形態においては、第1圧縮段21が備える第1インペラ21aと、第2圧縮段22が備える第2インペラ22aとが背面合わせとされた構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、第1圧縮段21が備える第1インペラ21aの背面と、第2圧縮段22が備える第2インペラ22aの背面とが同じ方向を向くように構成されても良い。
また、上記第1実施形態においては、モータユニット10と圧縮ユニット20とギアユニット30とが各々設けられたターボ圧縮機について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、モータが第1圧縮段と第2圧縮段の間に配置する構成を採用しても良い。
S1……冷凍機、1……凝縮器、3……蒸発器、4……ターボ圧縮機、12……モータ、13……モータハウジング、21e……第1ハウジング(インペラハウジング)、22e……第2ハウジング(インペラハウジング)、100……油タンク、200……仕切板

Claims (2)

  1. モータと、前記モータの回転動力が伝達されて回転駆動されるインペラと、前記モータの回転動力を前記インペラに伝達するギアユニットと、少なくとも前記ギアユニットに供給された潤滑油を回収する油タンクとを備えるターボ圧縮機であって、
    前記油タンクは、前記モータを囲うモータハウジング及び前記インペラを囲うインペラハウジングの少なくともいずれかによって形成された閉空間の一部からなり、
    前記モータハウジング及び前記インペラハウジングによって形成される前記ギアユニットを収納する閉空間の下部が前記油タンクとされ、
    前記油タンクと前記ギアユニットを収納する閉空間の上部との間に、貫通孔によって前記閉空間の上部と前記油タンクとの接続空間を狭め、前記油タンクから前記上部への潤滑油ミスト侵入を抑制する仕切板を備える
    ことを特徴とするターボ圧縮機。
  2. 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圧縮機とを備える冷凍機であって、
    前記圧縮機として、請求項1記載のターボ圧縮機を備えることを特徴とする冷凍機。
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