JP6607376B2

JP6607376B2 - 冷凍サイクル装置

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Publication number: JP6607376B2
Application number: JP2015133115A
Authority: JP
Inventors: 鶸田　　晃; 和之甲田; 護西部; 直芳庄山; 雄司尾形; 英俊田口
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2019-11-20
Anticipated expiration: 2035-07-01
Also published as: EP3112691B1; CN106321499B; US20170002824A1; JP2017015017A; US10670030B2; CN106321499A; EP3112691A1

Description

本開示は、ターボ機械及び冷凍サイクル装置に関する。

従来、蒸発器において蒸発した冷媒ガスを圧縮して凝縮器へ送るための圧縮機としてターボ機械を備えた冷凍機が知られている。

例えば、図８に示すように、特許文献１には、圧縮機３０１、蒸発器３０２、凝縮器３０４、冷却塔３１６、及び冷却水ポンプ３１８を備えた冷凍機３００が記載されている。冷凍機３００では、水が冷媒として用いられている。圧縮機３０１は、回転軸３１０、羽根車３１２、及び軸受３２０を有する。圧縮機３０１では、水が、軸受３２０に潤滑剤として供給される。具体的に、冷却水ポンプ３１８の吐出圧を利用して凝縮器３０４に供給される冷却水の一部が軸受３２０に送られる。

図９は、図８に示した圧縮機３０１の軸受３２０及びその軸受３２０が設けられた空間と圧縮室３２３とを隔てるシール部３３０近傍の構造を部分的に拡大して概略的に示す図である。シール部３３０は、筐体３２２内において軸受３２０が設けられた空間と圧縮室３２３との間を隔てており、圧縮室３２３とその圧縮室３２３に隣り合う軸受３２０との間の位置において筐体３２２の内面に固定されている。このシール部３３０は、リング状の非接触型シールからなり、回転軸３１０に対して遊びを持った状態で外嵌している。圧縮室３２３は、軸受３２０が設けられた空間に対して負圧となっているため、軸受３２０が設けられた空間内の潤滑剤の一部がシール部３３０と回転軸３１０との間の隙間を通って圧縮室３２３側へ吸い込まれる。この際、シール部３３０は、大量の潤滑水が圧縮室３２３へ急激に吸引されるのを抑止する。

特開２０１０−３１６９８号公報

特許文献１に記載の冷凍機３００に用いられている圧縮機３０１であるターボ機械は、信頼性を高める余地を有している。そこで、本開示は、高い信頼性を有するターボ機械を提供することを目的とする。

本開示は、
回転軸と、
少なくとも前記回転軸の半径方向に前記回転軸を支持する第一軸受と、
作動流体が流入する吸入空間を形成するケーシングと、
前記ケーシングの内部において前記回転軸に固定され、前記回転軸の回転によって前記吸入空間に流入した前記作動流体を圧縮して前記ケーシングの外部に向かって吐出する翼車と、
前記回転軸の軸線方向において前記翼車と前記第一軸受との間で前記回転軸の周囲に形成され、前記第一軸受の軸受面と前記回転軸の外周面との間に形成された隙間に連通している、潤滑液が貯留される第一空間と、
前記第一軸受から見て前記回転軸の軸線方向に前記翼車と反対側に形成され、前記第一軸受の軸受面と前記回転軸の外周面との間に形成された隙間に連通している、前記潤滑液が貯留される第二空間と、
前記潤滑液が貯留される貯留槽と、
前記貯留槽の内部空間と前記第一空間とを連通させている、前記第一空間から前記貯留槽に前記潤滑液を流すための第一排出通路と、
前記貯留槽の内部空間と前記第二空間とを連通させている、前記貯留槽から前記第二空間に前記潤滑液を流すための供給通路と、
前記供給通路に配置され、前記第二空間に向かって前記潤滑液を圧送するポンプと、
前記第二空間に連通しつつ前記回転軸の端から前記回転軸の軸線方向に前記回転軸の内部で延びている、前記第二空間に貯留された前記潤滑液を前記回転軸の軸線方向に流すための主経路と、
前記回転軸の内部に形成され、前記第一軸受の前記軸受面と前記回転軸の外周面との間の隙間と前記主経路とを連通させている、前記主経路から前記第一軸受の前記軸受面と前記回転軸の外周面との間の隙間に前記潤滑液を流すための副経路と、を備えた、
ターボ機械を提供する。

上記のターボ機械は、高い信頼性を有する。

第１実施形態に係るターボ機械における潤滑液の流れを示す断面図第１実施形態の変形例に係るターボ機械における潤滑液の流れを示す断面図第２実施形態に係るターボ機械における潤滑液の流れを示す断面図第３実施形態に係るターボ機械における潤滑液の流れを示す断面図第３実施形態の変形例に係るターボ機械における潤滑液の流れを示す断面図本開示の冷凍サイクル装置の一例を示す構成図本開示の冷凍サイクル装置の別の例を示す構成図ターボ機械である圧縮機を備えた従来の冷凍機を示す構成図図８に示した圧縮機の一部を拡大して概略的に示す図

冷凍サイクル装置の圧縮機の軸受の潤滑剤として潤滑油を用いる場合、潤滑油に冷媒が溶け込んだり、或いは混ざり合って懸濁液が生じたりすることによって、潤滑剤の粘度が低下して潤滑性能が低下する可能性がある。また、潤滑油が冷凍サイクル装置中に流出すると、熱抵抗となって冷凍サイクル装置の性能を低下させる可能性がある。特に、特許文献１に記載の冷凍機３００のように、水を冷媒として用いる場合、冷凍サイクル装置の圧縮機の軸受の潤滑剤として潤滑油を用いることが困難である。潤滑油と水とが混ざり合って懸濁液が生じ、潤滑剤の粘度が低下して潤滑性能が著しく低下する可能性がある。また、この懸濁液が冷凍サイクル装置中に流出すると、潤滑油が熱抵抗となって冷凍サイクル装置の性能を低下させる可能性がある。そこで、特許文献１に記載の冷凍機３００では、軸受３２０に冷媒である水が潤滑剤として供給されている。

特許文献１に記載の冷凍機３００では、冷却水ポンプ３１８の吐出圧を利用して潤滑剤としての水が軸受３２０に送られており、圧縮機３０１の信頼性が冷却水ポンプ３１８の能力に依存する。ターボ機械に用いられるすべり軸受においては、ターボ機械の回転軸の周速が高速であるので、発熱量が大きい。冷却水ポンプ３１８の能力によっては、軸受３２０に潤滑剤として供給する水の圧力が不足してしまう可能性がある。この場合、潤滑剤の量が不足して圧縮機３０１の信頼性が低下する可能性がある。このため、圧縮機３０１の信頼性を高めるために、冷却水ポンプ３１８が高い能力を有している必要があり、冷却水ポンプ３１８に多大なコストがかかってしまう。

高い能力を有するポンプを冷却水ポンプ３１８として使用する場合、軸受３２０を冷却するために多量の潤滑剤を軸受３２０に供給できる。しかし、シール部３３０と回転軸３１０との間の隙間を通って、大量の潤滑剤が圧縮室３２３へ急激に吸引される可能性がある。このため、潤滑剤が羽根車３１２に衝突して羽根車３１２の破損を招く可能性がある。

シール部３３０のシール性能を高めることによって、羽根車３１２に潤滑剤が衝突することを防ぐことができる。しかし、シール部３３０は、リング状の非接触型シールからなっているので、シール部３３０と回転軸３１０との隙間の幅を軸受３２０と回転軸３１０との間の隙間の幅よりも狭くすることが難しく、シール部３３０のシール性能を高めることには限界がある。

シール性能を高めるために、シール部３３０に代えて、ラビリンス型等の非接触型シールを使用することも考えられる。しかし、この場合、シール内の流体力が回転軸３１０に自励振動を発生させ、ターボ機械である圧縮機３０１の振動を増大させる可能性がある。また、シール性能を高めるために、シール部３３０に代えて、接触型シールを使用することも考えられるが、回転軸３１０と接触型シールとの間の摩擦による機械損失が発生し、ターボ機械の性能を低下させてしまう。

本開示の第１態様は、
回転軸と、
少なくとも前記回転軸の半径方向に前記回転軸を支持する第一軸受と、
作動流体が流入する吸入空間を形成するケーシングと、
前記ケーシングの内部において前記回転軸に固定され、前記回転軸の回転によって前記吸入空間に流入した前記作動流体を圧縮して前記ケーシングの外部に向かって吐出する翼車と、
前記回転軸の軸線方向において前記翼車と前記第一軸受との間で前記回転軸の周囲に形成され、前記第一軸受の軸受面と前記回転軸の外周面との間に形成された隙間に連通している、潤滑液が貯留される第一空間と、
前記第一軸受から見て前記回転軸の軸線方向に前記翼車と反対側に形成され、前記第一軸受の軸受面と前記回転軸の外周面との間に形成された隙間に連通している、前記潤滑液が貯留される第二空間と、
前記潤滑液が貯留される貯留槽と、
前記貯留槽の内部空間と前記第一空間とを連通させている、前記第一空間から前記貯留槽に前記潤滑液を流すための第一排出通路と、
前記貯留槽の内部空間と前記第二空間とを連通させている、前記貯留槽から前記第二空間に前記潤滑液を流すための供給通路と、
前記供給通路に配置され、前記第二空間に向かって前記潤滑液を圧送するポンプと、
前記第二空間に連通しつつ前記回転軸の端から前記回転軸の軸線方向に前記回転軸の内部で延びている、前記第二空間に貯留された前記潤滑液を前記回転軸の軸線方向に流すための主経路と、
前記回転軸の内部に形成され、前記第一軸受の前記軸受面と前記回転軸の外周面との間の隙間と前記主経路とを連通させている、前記主経路から前記第一軸受の前記軸受面と前記回転軸の外周面との間の隙間に前記潤滑液を流すための副経路と、を備えた、
ターボ機械を提供する。

第１態様によれば、第二空間に貯留された潤滑液が主経路及び副経路を通過して第一軸受に向かって供給される。このとき、回転軸の回転数の増加に伴って副経路を通過する潤滑液にかかる遠心力が増加するので、回転軸の回転数の増加に伴って第一軸受に向かって供給される潤滑液の圧力を高めることができる。また、第二空間は、第一軸受の軸受面と回転軸の外周面との間に形成された隙間に連通しているので、第一軸受に供給された潤滑液の一部は第二空間に戻された後、再び主経路に流入する。換言すると、第二空間と第一軸受との間で潤滑液が循環する。これにより、第一軸受を効果的に冷却できる。また、第一空間に流出する潤滑液の量が抑制されるので、大量の潤滑液が吸入空間に流入して翼車が破損することを防止できる。その結果、第１態様のターボ機械は、高い信頼性を有する。

本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記貯留槽の内部空間と前記第二空間とを連通させている、前記第二空間から前記貯留槽に前記潤滑液を流すための第二排出通路をさらに備えた、ターボ機械を提供する。第２態様によれば、第二排出通路によって第二空間から前記貯留槽に前記潤滑液を流すことができる。これにより、供給通路を通って貯留槽から第二空間に供給される潤滑液の量が、第一排出通路によって第一空間から排出される潤滑液の量よりも多くなる。第二空間と第一軸受との間を循環する潤滑液の一部を貯留槽に貯留された潤滑液に連続的に置換できるので、第一軸受を効果的に冷却できる。また、回転軸の回転数に合せてポンプによる第二空間への潤滑液の供給流量を調整する必要がなくなるので、ポンプの構成を簡素にできるとともに、第一軸受を確実に効果的に冷却できる。

本開示の第３態様は、第２態様に加えて、前記第一空間から見て前記回転軸の軸線方向に前記翼車と反対側で前記第一空間よりも前記回転軸の前記端に近い位置に配置され、少なくとも前記回転軸の軸線方向に前記回転軸を支持する第二軸受と、前記第二排出通路に配置され、前記潤滑液の圧力を低下させる減圧器と、をさらに備え、前記作動流体は、常温での飽和蒸気圧が負圧である流体であり、前記第一空間は、前記吸入空間に連通している、ターボ機械を提供する。第３態様によれば、第一空間は、吸入空間に連通しているので、第一空間の圧力は吸入空間における圧力にほぼ等しい。一方、第二排出通路に減圧器が配置されているので、吸入空間における圧力よりも高い圧力で第二空間に潤滑液が供給される。このため、主経路及び副経路において、潤滑液中にキャビテーションが発生することを防止できる。その結果、主経路及び副経路において潤滑液がガスを含むことを防止でき、第一軸受に向かって供給される潤滑液の圧力を高めることができる。また、作動流体は、常温での飽和蒸気圧が負圧である流体であるので、ターボ機械の圧縮比が高くても、第二軸受が受ける回転軸の軸線方向の荷重（スラスト荷重）を非常に小さくできる。

本開示の第４態様は、第３態様に加えて、前記回転軸は、前記回転軸の前記端に向かって縮小する外径を有するテーパー面を含み、前記第二軸受は、前記回転軸の前記端に向かって縮小する内径を有するテーパー穴を形成し、前記テーパー面と対向する軸受面を有するテーパー軸受である、ターボ機械を提供する。第４態様によれば、回転軸の端が第二空間に接する場合に、回転軸の回転に伴って第二空間に貯留された潤滑液が攪拌されることによって発生する損失を低減できる。

本開示の第５態様は、第１態様〜第４態様にいずれか１つの態様に加えて、前記第一軸受は、前記回転軸の外周面における前記副経路の流出口の周囲で前記第一軸受の前記軸受面に形成された環状の溝を有する、ターボ機械を提供する。第５態様によれば、回転軸の外周面と第一軸受の軸受面との間の隙間において、回転軸の回転によって副経路において高められた潤滑液の圧力の影響が及ぶ範囲が拡大する。これにより、回転軸の外周面と第一軸受の軸受面との間の隙間に供給される潤滑液の圧力を確実に高めることができる。

本開示の第６態様は、第１態様〜第５態様のいずれか１つの態様に加えて、前記第一排出通路に配置され、前記潤滑液に含まれるガスと前記潤滑液とを分離する気液分離器をさらに備えた、ターボ機械を提供する。第６態様によれば、気液分離器によって潤滑液に含まれるガスが潤滑液から分離されるので、潤滑液に含まれるガスによって第一排出通路が閉塞することにより第一空間に貯留された潤滑液の排出が滞ることが防止される。その結果、第一空間の潤滑液が吸入空間に流入して翼車が破損することを防止できる。

本開示の第７態様は、
第１態様〜第６態様のいずれか１つのターボ機械と、
前記ターボ機械によって圧縮された作動流体を凝縮させるとともに冷媒液として貯留する凝縮器と、
前記凝縮器の内部空間と前記貯留槽の内部空間とを連通させている、前記凝縮器から前記貯留槽に前記冷媒液を流すための連通路とを備え、
前記貯留槽は、前記冷媒液を前記潤滑液として貯留するとともに前記冷媒液を蒸発させて前記吸入空間へ供給する蒸発器を兼ねる、
冷凍サイクル装置を提供する。

第７態様によれば、ターボ機械の貯留槽を冷凍サイクル装置の蒸発器として利用できる。また、冷凍サイクル装置の冷媒をターボ機械の第一軸受の潤滑液として利用できる。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜ターボ機械＞
（第１実施形態）
図１に示すように、ターボ機械１ａは、回転軸１０と、第一軸受２０と、ケーシング５０と、翼車１２と、第一空間４０と、第二空間４１と、貯留槽４５と、第一排出通路４２と、供給通路４４と、ポンプ４６と、主経路３１と、副経路３２とを備えている。ターボ機械１ａは、例えば、遠心型、軸流型、又は斜流型の流体機械として構成されている。回転軸１０は、例えば水平方向に延びている。第一軸受２０は、少なくとも回転軸１０の半径方向に回転軸１０を支持する。第一軸受２０は、第一軸受２０と回転軸１０の外周面との間に潤滑液を介在させて回転軸１０を取り囲む部品である。第一軸受２０は、回転軸１０の少なくともラジアル方向の荷重を支持するすべり軸受である。ケーシング５０は、ターボ機械１ａの作動流体が流入する吸入空間１４を形成する。ケーシング５０の内周面によって吸入空間１４が形成されている。翼車１２は、ケーシング５０の内部において回転軸１０に固定されている。翼車１２は、回転軸１０の回転によって吸入空間１４に流入した作動流体を圧縮してケーシング５０の外部に向かって吐出する。ケーシング５０の内部において、翼車１２よりも回転軸１０の端１１に近い位置で、第一軸受２０が収容されている。

第一空間４０及び第二空間４１は、ケーシング５０の内部に形成されている。第一空間４０は、回転軸１０の軸線方向において翼車１２と第一軸受２０との間で回転軸１０の周囲に形成され、第一軸受２０の軸受面と回転軸１０の外周面との間に形成された隙間に連通している。第一空間４０には、潤滑液が貯留される。例えば、ケーシング５０の内部には隔壁１５が形成されており、隔壁１５を含むケーシング５０の内周面及び第一軸受２０の端面によって第一空間４０が形成されている。回転軸１０は、第一空間４０を貫通して延びている。隔壁１５と回転軸１０との間には、環状の隙間が形成されており、その隙間の幅は、第一軸受２０の軸受面と回転軸１０の外周面との間の隙間の幅よりも大きい。なお、回転軸１０が隔壁１５に接触しないのであれば、隔壁１５と回転軸１０との間の隙間は環状以外の形状で形成されていてもよい。第二空間４１は、第一軸受２０から見て回転軸１０の軸線方向に翼車１２と反対側に形成され、第一軸受２０の軸受面と回転軸１０の外周面との間に形成された隙間に連通している。第二空間４１には、潤滑液が貯留される。貯留槽４５には、潤滑液が貯留される。第一排出通路４２は、貯留槽４５の内部空間と第一空間４０とを連通させている、第一空間４０から貯留槽４５に潤滑液を流すための通路である。供給通路４４は、貯留槽４５の内部空間と第二空間４１とを連通させている、貯留槽４５から第二空間４１に潤滑液を流すための通路である。ポンプ４６は、供給通路４４に配置されている。ポンプ４６は、第二空間４１に向かって潤滑液を圧送する。これにより、貯留槽４５に貯留された潤滑液が供給通路４４を通って第二空間４１に過不足なく供給され、供給された潤滑液が第二空間４１に貯留される。

回転軸１０の内部には、主経路３１及び副経路３２を含む潤滑液供給経路３０が形成されている。主経路３１は、第二空間４１に連通しつつ回転軸１０の端１１から回転軸１０の軸線方向に回転軸１０の内部で延びている、第二空間４１に貯留された潤滑液を回転軸１０の軸線方向に流すための経路である。主経路３１は、回転軸１０の端１１に形成された流入口３３から回転軸１０の軸線方向に延びている。回転軸１０の端１１は、例えば、第二空間４１に貯留された潤滑液に浸っている。副経路３２は、回転軸１０の内部に形成され、第一軸受２０の軸受面と回転軸１０の外周面との間の隙間と主経路３１とを連通させている、主経路３１から第一軸受２０の軸受面と回転軸１０の外周面との間の隙間に潤滑液を流すための経路である。副経路３２は、主経路３１から分岐し回転軸１０の外周面に形成された流出口３５まで延びている。副経路３２の流出口３５は第一軸受２０の軸受面と向かい合っている。潤滑液供給経路３０は、例えば、回転軸１０の周方向に配置された４つの副経路３２を含む。潤滑液供給経路３０は、回転軸１０の周方向に配置された１つの副経路又は２〜３又は５つ以上の副経路３２を含んでいてもよい。

回転軸１０は、電動機（図示省略）に接続されている。電動機が作動することによって回転軸１０及び翼車１２が回転する。これにより、作動流体が吸入空間１４に流入し、圧縮された状態でターボ機械１ａの外部に吐出される。

ターボ機械１ａの運転中に、回転軸１０が回転する。回転軸１０の外周面と第一軸受２０の軸受面との間の隙間の幅は、ターボ機械１ａの運転中に、潤滑液によって流体潤滑できるように定められている。この場合、回転軸１０と第一軸受２０とは固体接触せず、回転軸１０の外周面と第一軸受２０の軸受面との間の隙間に存在する潤滑液のせん断抵抗によって機械損失が発生する。ここで、第一軸受２０を適切に冷却しなければ、機械損失による発熱によって、回転軸１０の外周面と第一軸受２０の軸受面との間の隙間が熱膨張によって小さくなってしまう。また、機械損失による発熱によって潤滑液の温度が上昇すると潤滑液の粘度が低下するので、支持すべき回転軸１０のラジアル方向の荷重が変わらなくても、偏芯率が大きくなる。このため、回転軸１０の外周面と第一軸受２０の軸受面との間の隙間の最小値が小さくなる。その結果、第一軸受２０を適切に冷却しなければ、回転軸１０と第一軸受２０との間の隙間で固体表面の一部が接触し、第一軸受２０の軸受面において「かじり」などの異常摩耗が発生する可能性がある。

図１に示すように、ターボ機械１ａでは、回転軸１０の回転に伴う遠心力によって、潤滑液供給経路３０、特に副経路３２において潤滑液が加圧され、加圧された状態の潤滑液が回転軸１０と第一軸受２０との間の隙間に供給される。図１の矢印は、回転軸１０が回転しているときの、潤滑液の流れを概念的に示している。なお、図２〜図５における矢印も同様に、潤滑液の流れを概念的に示している。流入口３３を通過して主経路３１に流入した潤滑液は、回転軸１０の軸線方向に主経路３１を流れる。その後、潤滑液は、副経路３２に導かれ、副経路３２を通過して流出口３５から流出する。このように、潤滑液供給経路３０は、回転軸１０の回転を利用したポンプ機構として機能し、所定の圧力を有する潤滑液が回転軸１０と第一軸受２０との間に供給される。回転軸１０の回転数の増加に伴って副経路３２を通過する潤滑液にかかる遠心力が増加するので、回転軸１０の回転数の増加に伴って回転軸１０と第一軸受２０との間に供給される潤滑液の圧力を高めることができる。

図１に示すように、第一軸受２０は、例えば、環状の溝３６を有する。溝３６は、回転軸１０の外周面における副経路３２の流出口３５の周囲で第一軸受２０の軸受面に形成されている。例えば、回転軸１０の軸線方向における溝３６の幅は、回転軸１０の軸線方向における流出口３５の幅よりも大きい。溝３６が形成されていることによって、回転軸の回転によって副経路３２において高められた潤滑液の圧力の影響が及ぶ範囲が、流出口３５付近の領域から、溝３６の内部の全体にまで拡大する。これにより、回転軸１０と第一軸受２０との間の隙間に供給される潤滑液の圧力を確実に高めることができる。なお、第一軸受２０は、場合によっては、溝３６を有していなくてもよい。

回転軸１０と第一軸受２０との間に供給された潤滑液は、第一空間４０に向かって流れる潤滑液の流れと、第二空間４１に向かって流れる潤滑液の流れとを形成する。第二空間４１に向かって流れる潤滑液は、回転軸１０と第一軸受２０との間の隙間を通過することによって第一軸受２０を冷却した後、第二空間４１に流出する。第二空間４１に流出した潤滑液の一部は、再び潤滑液供給経路３０に流入する。このように、潤滑液が第一軸受２０と第二空間４１との間で循環することによって、第一軸受２０を効果的に冷却できる。また、潤滑液が回転軸１０の内部に形成された潤滑液供給経路３０を流れるので、回転軸１０を効果的に冷却できる。

第一空間４０に向かって流れる潤滑液は、回転軸１０と第一軸受２０との間の隙間を通過することによって第一軸受２０を冷却した後、第一空間４０に流出する。第一空間４０は、第一排出通路４２によって貯留槽４５の内部空間に連通している。このため、第一空間４０に流出した潤滑液は、第一排出通路４２を通過して貯留槽４５に導かれ、その後ポンプ４６によって供給通路４４を通って再び第二空間４１に供給される。

上記の通り、潤滑液が第一軸受２０と第二空間４１との間で循環するので、第一空間４０に流出する潤滑液の量を増やさなくても、第一軸受２０の冷却効果を高めることができる。これにより、第一空間４０に流出する潤滑液の量を抑制できる。このため、回転軸１０の軸線方向に第一空間４０と吸入空間１４との間で回転軸１０の外周面近傍にシールのための部品を配置しなくても、大量の潤滑液が吸入空間１４に流入することを防止できる。その結果、吸入空間１４への潤滑液の流入による翼車の破損を防ぎつつ、第一軸受２０の冷却効果を高めることができるので、ターボ機械１ａは高い信頼性を有する。また、ターボ機械１ａから作動流体とともに吐出される潤滑液の量を低減できるので、例えば、冷凍サイクル装置がターボ機械１ａを備える場合、冷凍サイクル装置の性能低下を防ぐことができ、高性能の冷凍サイクル装置を提供できる。

回転軸１０が回転しているときにポンプ４６は常に作動していることが望ましいが、何らかの理由でポンプ４６が停止する可能性がある。例えば、停電などの理由により、ポンプ４６及び回転軸１０に接続された電動機への電力供給が停止しても、第二空間４１に十分な量の潤滑液が貯留されていれば、回転軸１０が回転する限り潤滑液を第一軸受２０に向かって供給できる。このため、第二空間４１の容積は、ターボ機械１ａを安全に停止するのに十分な量の潤滑液を貯留可能な容積であることが望ましい。

第一軸受２０に供給された潤滑液の温度は、潤滑液が第一軸受２０を冷却することにより、上昇する。第一空間４０から排出された潤滑液は、例えば、第一排出通路４２を通過して貯留槽４５に貯留されている期間に自然に冷却される。また、貯留槽４５において潤滑液を確実に冷却するために、ターボ機械１ａは、貯留槽４５の内部空間を冷却する冷却器を備えていてもよい。冷却器は、貯留槽４５の内部空間を冷却できる限り特に制限されないが、例えば冷却用の熱媒体の流路を形成する配管又はペルティエ素子によって構成されている。貯留槽４５の内部に冷却器が配置されている場合、潤滑液が貯留槽４５の周囲の熱を吸収するのを防止するために、貯留槽４５の外周面が断熱材で覆われている、又は、貯留槽４５が断熱構造を有していることが望ましい。

ターボ機械１ａは、様々な観点から変更が可能である。例えば、ターボ機械１ａは、図２に示すターボ機械１ｂのように変更されてもよい。ターボ機械１ｂは、特に説明する場合を除き、ターボ機械１ａと同一の構成を有する。ターボ機械１ｂは、第一排出通路４２に配置され、潤滑液に含まれるガスと潤滑液とを分離する気液分離器４９をさらに備えている。気液分離器４９は、所定の容積の内部空間が形成されている容器を備える。第一排出通路４２の一部は、気液分離器４９の内部空間において開口している配管４２ａによって形成されている。また、第一排出通路４２の別の一部は、気液分離器４９の内部空間と貯留槽４５の内部空間とを連通させる連通配管４２ｂによって形成されている。また、気液分離器４９はポンプ４８に接続されている。

第一空間４０から排出された潤滑液は、配管４２ａを通過して気液分離器４９の内部空間に流入する。気液分離器４９の内部空間において、潤滑液に含まれるガスが気液分離器４９の内部空間の上方に溜まり、潤滑液は気液分離器４９の内部空間の下方に溜まる。このようにして、気液分離器４９が潤滑液に含まれるガスと潤滑液とを分離する。気液分離器４９の内部空間の下方に溜まった潤滑液は、連通配管４２ｂを通過して貯留槽４５の内部空間に流入する。一方、気液分離器４９の内部空間の上方に溜まったガスは、ポンプ４８が作動することによって気液分離器４９の内部空間から排出される。これにより、第一空間４０から排出された潤滑液にガスが含まれている場合に、そのガスによって第一排出通路４２が閉塞して、第一空間４０に貯留された潤滑液の排出が滞ることを防止できる。その結果、第一空間４０から大量の潤滑液が吸入空間１４に流入して翼車１２が破損することを防止できる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係るターボ機械１ｃについて説明する。ターボ機械１ｃは、特に説明する場合を除き、ターボ機械１ａと同様に構成される。ターボ機械１ｃの構成要素のうち、ターボ機械１ａの構成要素と同一又は対応する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第１実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り第２実施形態にもあてはまる。

図３に示すように、ターボ機械１ｃは、貯留槽４５の内部空間と第二空間４１とを連通させている、第二空間４１から貯留槽４５に潤滑液を流すための第二排出通路４３をさらに備えている。これにより、供給通路４４を通って貯留槽４５から第二空間４１に供給される潤滑液の量が、第一排出通路４２によって第一空間４０から排出される潤滑液の量よりも多くなる。このため、第二空間４１と第一軸受２０との間を循環する潤滑液の一部を貯留槽４５に貯留された潤滑液に連続的に置換できるので、第一軸受２０を効果的に冷却できる。また、第二空間４１において潤滑液の対流が活発になることによって、第二空間４１に接した第一軸受２０の周囲の部材を効果的に冷却できる。これによっても、ターボ機械１ｃは、高い信頼性を有する。

回転軸１０が高速で回転する場合、回転軸１０の回転に伴って副経路３２において潤滑液が受ける遠心力が大きくなる。この場合、ターボ機械１ａでは、第二空間４１において潤滑液の過不足がないようにポンプ４６によって第二空間４１に潤滑液を供給する必要がある。換言すると、ターボ機械１ａの回転軸１０の回転数に合せて第二空間４１への潤滑液の供給量をポンプ４６によって適切に調整する必要がある。しかし、ターボ機械１ｃは、第二排出通路４３をさらに備えている。このため、ターボ機械１ｃの起動時から高速回転時に至る期間に回転軸の回転数の変動に合わせて、第二空間４１への潤滑液の供給量をポンプ４６によって細かく調整する必要がない。例えば、ポンプ４６による潤滑液の供給量を、ターボ機械１ｃの高速回転時に必要な第二空間４１への潤滑液の供給量に合せて一定に設定できる。これにより、ポンプ４６のフィードバック制御のための、ターボ機械１ｃの回転軸１０の回転数を検知してフィードバックする機構又はポンプ４６による潤滑液の供給量を変化させるためのインバータなどの装置を簡素にできる。その結果、ポンプ４６に要求される性能が限定されるので、ターボ機械１ｃの製造コストを低減できる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係るターボ機械１ｄについて説明する。ターボ機械１ｄは、特に説明する場合を除き、ターボ機械１ａと同様に構成される。ターボ機械１ｄの構成要素のうち、ターボ機械１ａの構成要素と同一又は対応する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第１実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り第３実施形態にもあてはまる。

図４に示すように、ターボ機械１ｄは、貯留槽４５の内部空間と第二空間４１とを連通させている、第二空間４１から貯留槽４５に潤滑液を流すための第二排出通路４３をさらに備えている。また、ターボ機械１ｄは、第二軸受２１と、減圧器４７とをさらに備えている。第二軸受２１は、第一空間４０から見て回転軸１０の軸線方向に翼車１２と反対側で第一空間４０よりも回転軸１０の端１１に近い位置に配置されている。第二軸受２１は、少なくとも回転軸１０の軸線方向に回転軸１０を支持する。減圧器４７は、第二排出通路４３に配置され、潤滑液の圧力を低下させる。減圧器４７は、例えば、膨張弁又はキャピラリーチューブである。減圧器４７によって第一軸受２０に供給される潤滑液の圧力を調整できる。また、作動流体は、常温（日本工業規格：２０℃±１５℃／JIS Z 8703）での飽和蒸気圧が負圧である流体である。また、第１実施形態で述べた通り、第一空間４０は、吸入空間１４に連通している。

作動流体は、常温での飽和蒸気圧が負圧である限り、特に限定されないが、例えば、水、アルコール、又はエーテルを主成分として含む流体である。ターボ機械１ｄは、例えば、作動流体の飽和蒸気圧に近い圧力で運転される。ターボ機械１ｄの吸入空間１４における作動流体の圧力は、例えば、０．５〜５ｋＰａＡである。ターボ機械１ｄから吐出された作動流体の圧力は、例えば、５〜１５ｋＰａＡである。

第一空間４０は、吸入空間１４に連通しているので、第一空間４０の圧力は吸入空間１４における圧力にほぼ等しい。一方、第二排出通路４３に減圧器４７が配置されているので、第二空間４１に吸入空間１４における圧力よりも高い圧力で潤滑液が供給される。このため、主経路３１及び副経路３２において、潤滑液中にキャビテーションが発生することを防止できる。その結果、主経路３１及び副経路３２において潤滑液がガスを含むことを防止でき、第一軸受２０に向かって供給される潤滑液の圧力を高めることができる。

ターボ機械１ｄにおいて、例えば、作動流体の一部が第一軸受２０に向かって供給すべき潤滑液として使用される。この場合、潤滑液の流れにおけるキャビテーション数は、潤滑液の圧力と潤滑液の飽和蒸気圧との差が小さいので、潤滑液の流れの速度を小さくしたとしても、比較的小さいままである。ここで、キャビテーション数は、潤滑液の圧力と潤滑液の飽和蒸気圧との差を、潤滑液の流れの速度及び潤滑液の密度から算出される動圧で除することによって求められる。主経路３１に潤滑液を流入させるために、回転軸１０の端１１を第二空間４１に貯留された潤滑液に浸す必要があり、回転軸１０の回転に伴う攪拌によって潤滑液が流動する。このため、潤滑液の流れの速度を小さくしにくい。このことは、潤滑液においてキャビテーションの発生を抑制する観点から有利であるとは言い難い。また、ターボ機械１ｄの回転軸１０の周速は高速なので、摩擦による発熱量が大きい。加えて、回転軸１０の周速が大きくなるほど、回転軸１０の外周面と第一軸受２０の軸受面との隙間の幅が回転軸１０の周方向において相対的に大きい場所で潤滑液の圧力が負圧になりやすい。このことは、潤滑液において潤滑液の蒸発及びキャビテーションの発生を抑制する観点から有利であるとは言い難い。キャビテーションの発生又は蒸発によって潤滑液にガスが含まれると、ガスは密度が小さいので、回転軸１０の回転に伴う遠心力がガスにはほとんど発生しない。このため、第一軸受２０に向かって供給される潤滑液の圧力を高めにくく、第一軸受２０に十分な量の潤滑液を供給しにくい。しかし、ターボ機械１ｄによれば、上記の通り、第二空間４１に吸入空間１４における圧力よりも高い圧力で潤滑液が供給される。このため、作動流体の一部が潤滑液として第一軸受２０に向かって供給される場合でも、潤滑液供給経路３０又は潤滑液供給経路３０の近傍で潤滑液にキャビテーションが発生することを防止できる。これにより、潤滑液供給経路３０を流れる潤滑液にガスが含まれることが防止され、第一軸受２０に供給される潤滑液の圧力を高めることができる。これにより、回転軸１０の外周面と第一軸受２０の軸受面との隙間の幅が回転軸の周方向において相対的に大きい場所で、潤滑液の蒸発又はキャビテーションの発生を防止できる。その結果、第一軸受２０を効果的に冷却できるので、ターボ機械１ｄは高い信頼性を有する。

図４に示す通り、例えば、回転軸１０には被支持部材２２が取り付けられている。被支持部材２２は、回転軸１０の外周面から回転軸１０の半径方向に延びる環状の部材であり、第二軸受２１と向かい合っている。第二軸受２１は、ケーシング５０に固定されており、第二軸受２１と被支持部材２２との間に潤滑液を介在させて被支持部材２２を取り囲む部品である。第二軸受２１の軸受面には、例えば、ステップ状、ポケット状、又はスパイラル状などの形状の溝が形成されている。これにより、回転軸１０の回転によって第二軸受２１と被支持部材２２との間に存在する潤滑液に動圧が発生し、回転軸１０のスラスト荷重が支持される。なお、作動流体は、常温での飽和蒸気圧が負圧である流体であるので、ターボ機械１ｄが高い圧縮比を有していても、回転軸１０のスラスト荷重は非常に小さい。このため、第二軸受２１の寸法を小さくできる。また、図４に示すように、例えば第二軸受２１の外周面は第二空間４１に接していてもよい。これにより、第二空間４１に貯留された潤滑液によって第二軸受２１が効果的に冷却され、ターボ機械１ｄが高い信頼性を有する。

ターボ機械１ｄは、様々な観点から変更が可能である。例えば、ターボ機械１ｄは、図５に示すターボ機械１ｅのように変更されてもよい。ターボ機械１ｅは、特に説明する場合を除き、ターボ機械１ｄと同一の構成を有する。ターボ機械１ｅにおいて、回転軸１０は、回転軸１０の端１１に向かって縮小する外径を有するテーパー面２６を含む。また、第二軸受２１は、テーパー軸受２５である。テーパー軸受２５は、回転軸１０の端１１に向かって縮小する内径を有するテーパー穴を形成し、テーパー面２６と対向する軸受面２５ａを有する。例えば、第一軸受２０の軸受面と回転軸１０の外周面との間の隙間は、テーパー面２６とテーパー軸受２５の軸受面２５ａとの間の隙間に連通している。このため、潤滑液供給経路３０を通過して第一軸受２０の軸受面と回転軸１０の外周面との間の隙間に供給された潤滑液は、テーパー面２６とテーパー軸受２５の軸受面２５ａとの間の隙間にも導かれる。その結果、テーパー面２６とテーパー軸受２５の軸受面２５ａとの間の隙間に導かれた潤滑液によって静圧が発生し、テーパー軸受２５によって、回転軸１０のスラスト荷重を支持できる。

ターボ機械１ｅによれば、回転軸１０がテーパー面２６を含むので、第二空間４１に接する回転軸１０の端１１の幅が小さい。これにより、回転軸１０の回転に伴って第二空間４１に貯留された潤滑液が攪拌されることによって発生する損失を低減できる。その結果、ターボ機械１ｅは、高い信頼性に加えて、高い性能を発揮する。

＜冷凍サイクル装置＞
次に、本開示の冷凍サイクル装置の一例について説明する。図６に示すように、冷凍サイクル装置１００ａは、ターボ機械１ｄと、凝縮器４と、連通路５ｃとを備え、ターボ機械１ｄの貯留槽４５が冷凍サイクル装置１００ａの蒸発器２を兼ねている。凝縮器４は、ターボ機械１ｄによって圧縮された作動流体を凝縮させるとともに冷媒液として貯留する。凝縮器４は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって形成されている。連通路５ｃは、凝縮器４の内部空間と貯留槽４５の内部空間とを連通させている。連通路５ｃは、凝縮器４から貯留槽４５に冷媒液を流すための流路である。蒸発器２は、冷媒液を潤滑液として貯留するとともに冷媒液を蒸発させて吸入空間１４へ供給する。蒸発器２は、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器によって形成されている。なお、冷凍サイクル装置１００ａは、ターボ機械１ｄに代えて、ターボ機械１ａ、ターボ機械１ｂ、ターボ機械１ｃ、又はターボ機械１ｅを備えていてもよい。

冷凍サイクル装置１００ａは、主回路５と、蒸発側循環回路６と、凝縮側循環回路７とを備える。主回路５は、蒸発器２、ターボ機械１ｄ、及び凝縮器４がこの順に接続された回路である。蒸発器２の内部空間とターボ機械１ｄの吸入空間１４とが流路５ａによって連通している。ターボ機械１ｄの翼車１２によって吐出された作動流体が流れるケーシング５０の内部空間と凝縮器４の内部空間とが流路５ｂによって連通している。主回路５には、例えば、水、アルコール、又はエーテルを主成分とする冷媒が充填されており、冷媒の圧力が大気圧よりも低い負圧状態に保たれている。冷凍サイクル装置１００ａは、例えば、冷房専用の空気調和装置を構成している。

蒸発側循環回路６は、吸熱側送液ポンプ６１及び吸熱用熱交換器６２を有する。また、蒸発側循環回路６は、蒸発器２に貯留された冷媒液が吸熱側送液ポンプ６１によって吸熱用熱交換器６２に供給され、吸熱用熱交換器６２で吸熱した冷媒が蒸発器２に戻るように構成されている。蒸発側循環回路６において、蒸発器２と吸熱側送液ポンプ６１の入口とが流路６ａによって接続されている。吸熱側送液ポンプ６１の出口と吸熱用熱交換器６２の入口とが流路６ｂによって接続されている。また、吸熱用熱交換器６２の出口と蒸発器２とが流路６ｃによって接続されている。蒸発器２において冷媒が蒸発することにより降温した蒸発器２の内部の冷媒液が吸熱側送液ポンプ６１によって吸熱用熱交換器６２に圧送される。冷媒液は、吸熱用熱交換器６２において加熱され蒸発器２に戻される。なお、流路６ｃには、吸熱用熱交換器６２において吸熱された冷媒を減圧させるための減圧機構が設けられていてもよい。吸熱用熱交換器６２は、吸熱用熱交換器６２において冷媒が吸熱することによって室内の空気を冷却する。

凝縮側循環回路７は、放熱側送液ポンプ７１及び放熱用熱交換器７２を有する。また、凝縮側循環回路７は、凝縮器４に貯留された冷媒液が放熱側送液ポンプ７１によって放熱用熱交換器７２に供給され、放熱用熱交換器７２で放熱した冷媒が凝縮機構４に戻るように構成されている。凝縮側循環回路７において、凝縮器４と放熱側送液ポンプ７１の入口とが流路７ａによって接続されている。放熱側送液ポンプ７１の出口と放熱用熱交換器７２の入口とが流路７ｂによって接続されている。また、放熱用熱交換器７２の出口と凝縮器４とが流路７ｃによって接続されている。放熱用熱交換器７２において間接的に冷却された冷媒が流路７ｃを通って凝縮器４に導かれる。これにより、ターボ機械１で圧縮された冷媒蒸気が冷却されて凝縮する。この凝縮により昇温した凝縮機構４における冷媒液は、放熱側送液ポンプ７１によって放熱用熱交換器７２に圧送され、放熱用熱交換器７２において間接的に冷却された後、再び凝縮器４に戻される。放熱用熱交換器７２において、冷媒が室外の空気に対して放熱する。

ターボ機械１ｄの供給通路４４は、蒸発側循環回路６における流路６ａ及び流路６ｂの一部を形成している。また、ターボ機械１ｄの供給通路４４は、蒸発側循環回路６における吸熱側送液ポンプ６１の出口より下流の位置で蒸発側循環回路６から分岐している。例えば、供給通路４４は、蒸発側循環回路６における吸熱側送液ポンプ６１の出口と吸熱用熱交換器６２の入口との間で蒸発側循環回路６から分岐している。また、ターボ機械１ｄのポンプ４６は、吸熱側送液ポンプ６１としても機能する。これにより、吸熱側送液ポンプ６１によって蒸発器２に貯留された冷媒液の一部が潤滑液として第二空間４１に圧送される。この場合、吸熱側送液ポンプ６１の吐出圧力は、潤滑液供給経路３０の流入口３３において潤滑液の圧力が飽和蒸気圧以上であるように定められていることが望ましい。

供給通路４４が、蒸発側循環回路６における吸熱側送液ポンプ６１の出口と吸熱用熱交換器６２の入口との間で蒸発側循環回路６から分岐していると、比較的低温の冷媒液が潤滑液として第二空間４１に供給される。このため、回転軸１０及び第一軸受２０を効果的に冷却できる。

供給通路４４は、蒸発側循環回路６における吸熱用熱交換器６２の出口と蒸発機構２との間で蒸発側循環回路６から分岐していてもよい。この場合でも、冷凍サイクル装置１００ａの冷媒の一部を潤滑液として潤滑液供給経路３０に供給できる。この場合、ターボ機械１ｄの供給通路４４は、流路６ａ、流路６ｂ、及び流路６ｃの一部を形成するとともに、吸熱用熱交換器６２の内部の冷媒の流路を形成している。

供給通路４４には、蒸発側循環回路６からの分岐位置よりも潤滑液の流れの下流側に吸熱側送液ポンプ６１以外の別のポンプが配置されてもよい。この場合、第二空間４１に潤滑液として供給される冷媒液の圧力をさらに高めることができる。その結果、潤滑液供給経路３０及び潤滑液供給経路３０の近傍に存在する潤滑液において、蒸発及びキャビテーションの発生を防止して、第一軸受２０に向かって供給する潤滑液の圧力を高めることができる。

図６に示すように、例えば、ターボ機械１ｄにおいて、第一排出通路４２及び第二排出通路４３は、蒸発器２に接続された特定の通路を共有している。第一空間４０に貯留された潤滑液は、第一排出通路４２を通過して蒸発器２に戻され、第二空間４１に貯留された潤滑液は、第二排出通路４３を通過して蒸発器２に戻される。これにより、蒸発器２の内部に貯留された冷媒液を第一軸受２０に供給されるべき潤滑液として利用でき、蒸発器２をターボ機械１ｄの貯留槽４５として利用できる。

冷凍サイクル装置１００ａは、例えば、冷房暖房切り替え可能な空気調和装置を構成していてもよい。この場合、室内に配置された室内熱交換器及び室外に配置された室外熱交換器が四方弁を介して蒸発器２及び凝縮器４に接続されている。冷房運転のとき、室内熱交換器が吸熱用熱交換器６２として機能し、室外熱交換器が放熱用熱交換器７２として機能する。暖房運転のとき、室内熱交換器が放熱用熱交換器７２として機能し、室外熱交換器が吸熱用熱交換器６２として機能する。冷凍サイクル装置１００ａは、例えば、チラーを構成していてもよい。吸熱用熱交換器６２は、例えば、冷媒の吸熱により空気以外の気体又は液体を冷却してもよい。また、放熱用熱交換器７２は、例えば、冷媒の放熱により空気以外の気体又は液体を加熱してもよい。吸熱用熱交換器６２及び放熱用熱交換器７２は、間接式の熱交換器である限り、特に限定されない。

冷凍サイクル装置１００ａは、様々な観点から変更が可能である。例えば、ターボ機械１ｄは、第一排出通路４２及び第二排出通路４３に代えて、第一空間４０と凝縮器４の内部空間とを連通させる通路及び第二空間４１と凝縮器４の内部空間とを連通させる通路を備えたターボ機械に変更されてもよい。この場合、第一空間４０に貯留された潤滑液が凝縮器４に供給され、第二空間４１に貯留された潤滑液が凝縮器４に供給される。

また、冷凍サイクル装置１００ａにおいて、ターボ機械１ｄは、複数段の圧縮機構を有していてもよい。この場合に、圧縮機構の間に冷媒を冷却するための中間冷却器が備えられていてもよい。ターボ機械１ｄが、例えば、二段の圧縮機構を有する場合、一段目の圧縮機構から吐出される冷媒蒸気の温度は、例えば、１１０℃である。また、二段目の圧縮機構から吐出される冷媒蒸気温度は、例えば、１７０℃である。一段目の圧縮機構と二段目の圧縮機構との間に中間冷却器が設けられている場合、中間冷却器によって一段目の圧縮機構から吐出された冷媒蒸気が冷却される。この場合、二段目の圧縮機構に吸入される冷媒蒸気の温度は、例えば、４５℃である。

また、冷凍サイクル装置１００ａにおいて、ターボ機械１ｄとは別の圧縮機がターボ機械１ｄと直列に接続されていてもよい。この別の圧縮機は、容積型の圧縮機であってもよいし、ターボ機械であってもよい。この場合に、ターボ機械１ｄと別の圧縮機との間に中間冷却器が備えられていてもよい。

また、冷凍サイクル装置１００ａにおいて、連通路５ｃには、キャピラリーチューブ又は膨張弁などの膨張器が設けられていてもよい。

さらに、冷凍サイクル装置１００ａは、例えば、図７に示す冷凍サイクル装置１００ｂのように変更されてもよい。冷凍サイクル装置１００ｂは、特に説明する場合を除き、ターボ機械１００ａと同一の構成を有する。冷凍サイクル装置１００ａに関する上記の説明は、技術的に矛盾しない限り、冷凍サイクル装置１００ｂにもあてはまる。

冷凍サイクル装置１００ｂにおいて、ターボ機械１ｄの貯留槽４５は凝縮器４を兼ねている。また、冷凍サイクル装置１００ｂにおいて、ターボ機械１ｄの供給通路４４は、凝縮側循環回路７における流路７ａ及び流路７ｂの一部を形成している。また、ターボ機械１ｄの供給通路４４は、凝縮側循環回路７における放熱側送液ポンプ７１の出口より下流の位置で放熱側循環回路７から分岐している。例えば、供給通路４４は、凝縮側循環回路７における放熱側送液ポンプ７１の出口と放熱用熱交換器７２の入口との間で凝縮側循環回路７から分岐している。また、ターボ機械１ｄのポンプ４６は、放熱側送液ポンプ７１としても機能する。これにより、放熱側送液ポンプ７１によって凝縮器４に貯留された冷媒液の一部が潤滑液として第二空間４１に圧送される。この場合、吸熱側送液ポンプ７１の吐出圧力は、潤滑液供給経路３０の流入口３３において潤滑液の圧力が飽和蒸気圧以上であるように定められていることが望ましい。

供給通路４４が、凝縮側循環回路７における放熱側送液ポンプ７１の出口と放熱用熱交換器７２の入口との間で凝縮側循環回路７から分岐していると、比較的低温の冷媒液が潤滑液として第二空間４１に供給される。このため、回転軸１０及び第一軸受２０を効果的に冷却できる。

供給通路４４は、凝縮側循環回路７における放熱用熱交換器７２の出口と凝縮器４との間で凝縮側循環回路７から分岐していてもよい。この場合でも、冷凍サイクル装置１００ｂの冷媒の一部を潤滑液として潤滑液供給経路３０に供給できる。この場合、ターボ機械１ｄの供給通路４４は、流路７ａ、流路７ｂ、及び流路７ｃの一部を形成するとともに、放熱用熱交換器７２の内部の冷媒の流路を形成している。

図７に示すように、例えば、ターボ機械１ｄにおいて、第一排出通路４２及び第二排出通路４３は、凝縮器４に接続された特定の通路を共有している。第一空間４０に貯留された潤滑液は、第一排出通路４２を通過して凝縮器４に戻され、第二空間４１に貯留された潤滑液は、第二排出通路４３を通過して凝縮器４に戻される。これにより、凝縮器４の内部に貯留された冷媒液を第一軸受２０に供給されるべき潤滑液として利用でき、凝縮器４をターボ機械１ｄの貯留槽４５として利用できる。

冷凍サイクル装置１００ｂにおいて、ターボ機械１ｄは、第一排出通路４２及び第二排出通路４３に代えて、第一空間４０と蒸発器２の内部空間とを連通させる通路及び第二空間４１と蒸発器２の内部空間とを連通させる通路を備えたターボ機械に変更されてもよい。この場合、第一空間４０に貯留された潤滑液が蒸発器２に供給され、第二空間４１に貯留された潤滑液が蒸発器２に供給される。

本開示に係るターボ機械を用いた冷凍サイクル装置は、家庭用エアコン又は業務用エアコンに特に有用である。また、本開示に係るターボ機械を用いた冷凍サイクル装置は、チラー又は給湯用ヒートポンプにも応用できる。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅターボ機械
２蒸発器
４凝縮器
５ｃ連通路
１０回転軸
１１回転軸の端
１２翼車
１４吸入空間
２０第一軸受
２１第二軸受
２６テーパー面
２５テーパー軸受
２５ａテーパー軸受の軸受面
３１主経路
３２副経路
３６溝
４０第一空間
４１第二空間
４２第一排出通路
４３第二排出通路
４４供給通路
４５貯留槽
４６ポンプ
４７減圧器
４９気液分離器
５０ケーシング

Claims

冷凍サイクル装置であって、
ターボ機械と、
凝縮器と、を備え、
前記ターボ機械は、
回転軸と、
少なくとも前記回転軸の半径方向に前記回転軸を支持する第一軸受と、
作動流体が流入する吸入空間を形成するケーシングと、
前記ケーシングの内部において前記回転軸に固定され、前記回転軸の回転によって前記吸入空間に流入した前記作動流体を圧縮して前記ケーシングの外部に向かって吐出する翼車と、
前記回転軸の軸線方向において前記翼車と前記第一軸受との間で前記回転軸の周囲に形成され、前記第一軸受の軸受面と前記回転軸の外周面との間に形成された隙間に連通している、潤滑液が貯留される第一空間と、
前記第一軸受から見て前記回転軸の軸線方向に前記翼車と反対側に形成され、前記第一軸受の軸受面と前記回転軸の外周面との間に形成された隙間に連通している、前記潤滑液が貯留される第二空間と、
前記潤滑液が貯留される貯留槽と、
前記貯留槽の内部空間と前記第一空間とを連通させている、前記第一空間から前記貯留槽に前記潤滑液を流すための第一排出通路と、
前記貯留槽の内部空間と前記第二空間とを連通させている、前記貯留槽から前記第二空間に前記潤滑液を流すための供給通路と、
前記供給通路に配置され、前記第二空間に向かって前記潤滑液を圧送するポンプと、
前記第二空間に連通しつつ前記回転軸の端から前記回転軸の軸線方向に前記回転軸の内部で延びている、前記第二空間に貯留された前記潤滑液を前記回転軸の軸線方向に流すための主経路と、
前記回転軸の内部に形成され、前記第一軸受の前記軸受面と前記回転軸の外周面との間の隙間と前記主経路とを連通させている、前記主経路から前記第一軸受の前記軸受面と前記回転軸の外周面との間の隙間に前記潤滑液を流すための副経路と、を備えており、
前記凝縮器は、前記ターボ機械によって圧縮された作動流体を凝縮させるとともに冷媒液として貯留し、
さらに、前記凝縮器の内部空間と前記貯留槽の内部空間とを連通させている、前記凝縮器から前記貯留槽に前記冷媒液を流すための連通路を備え、
前記貯留槽は、前記冷媒液を前記潤滑液として貯留するとともに前記冷媒液を蒸発させて前記吸入空間へ供給する蒸発器を兼ねる、
冷凍サイクル装置。
前記貯留槽の内部空間と前記第二空間とを連通させている、前記第二空間から前記貯留槽に前記潤滑液を流すための第二排出通路をさらに備えた、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
前記第一空間から見て前記回転軸の軸線方向に前記翼車と反対側で前記第一空間よりも前記回転軸の前記端に近い位置に配置され、少なくとも前記回転軸の軸線方向に前記回転軸を支持する第二軸受と、
前記第二排出通路に配置され、前記潤滑液の圧力を低下させる減圧器と、をさらに備え、
前記作動流体は、常温での飽和蒸気圧が負圧である流体であり、
前記第一空間は、前記吸入空間に連通している、
請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
前記回転軸は、前記回転軸の前記端に向かって縮小する外径を有するテーパー面を含み、
前記第二軸受は、前記回転軸の前記端に向かって縮小する内径を有するテーパー穴を形成し、前記テーパー面と対向する軸受面を有するテーパー軸受である、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
前記第一軸受は、前記回転軸の外周面における前記副経路の流出口の周囲で前記第一軸受の前記軸受面に形成された環状の溝を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
前記第一排出通路に配置され、前記潤滑液に含まれるガスと前記潤滑液とを分離する気液分離器をさらに備えた、請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。