JPS62502836A - 冷凍設備および回転式容積型機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 冷凍設備および回転式容積型機械 本発明は圧縮機および、それらの間に減圧装置を備え、それぞれ、高圧の出口通 路および低圧の入口通路を通して圧縮機に連通ずる凝縮器および蒸発器を備えた 冷凍設備に関するものである。圧縮機は、らせん型ロープおよび介在する溝を有 する少なくとも一つのロータを備えた回転式容積型機械である。設備はさらに、 減圧装置を通して凝縮器にまた中間圧力通路を通して圧縮機の中間ポート装置に 連通ずる、中間圧力容器を備えている。本発明はさらに、そのような設備の圧縮 機として使用するのに適した回転式機械に関するものである。

この型の設備および圧縮機は、ブランディン他の米国特許第３，５６８，４６６ 号、およびムーディ他の米国特許第３，９１３，３４６号により従来公知である 。その設備における中間圧力区域は、蒸発器の温度以上の温度水準の設備内を内 部冷却するため使用される。主要な冷却目的は、蒸発器に対して供給される以前 に液化した冷媒を予冷することであり、そのことは蒸発器区域の一層有効な利用 をもたらし、蒸発器の大きさを圧縮機の掃過容積とともに成る容量に対して最小 にし、その大きさを対応して減少しうろことである。さらに、中間圧力で供給さ れたガス状冷媒の再圧縮に必要な動力は、すべての冷媒が蒸発器圧力で供給され るときより少ない。

圧縮機が電動機によって駆動されるとき適用しうる第２の目的は、密閉方式およ びヒートポンプ作用においてとくに重要なことであるが、すべての駆動状態のも とてその有効な冷却を保証するため、電動機を通して中間圧力流体を流すことで ある。

本明細書においては、冷凍設備用圧縮機の説明がらせん状ランドおよび介在する 溝を有する型の相互に噛合う二つの雄、雌ロータを備えた型のものに限定される が、本発明はらせん状ロープを有する少なくとも一つのロータを有する他の型の 機械、例えばいわゆる単一スクリュー型圧縮機またはいわゆるスクロール型の圧 縮機にも、適用しうるちのである。

対象とするすべての機械は、中間圧力ボート装置が主入ロボートから離されそこ から機械の作動空間を通る連通が少なくとも一つのロータのローブによって連続 的に阻止されるような距離に設けられるものに関する。

シビーの米国特許第３，３１４，５９７号によって従来公知であるように、圧縮 機には、ねじ圧縮機の容量を変化するため、その圧縮機に供給された作動流体の 成る量を圧縮機の入口通路に戻すように作動流体の壁のブリードボートを制御す る、選択的に調節可能な弁部材が設けられている。この型の容量制御は中間ポー ト装置を備えたねし圧縮機に対して使用されてきた。このブリードポートは中間 ポート装置と圧縮サイクルの同じ位相内に設けられる。ブリードポートが開いて いるとき、圧縮機作動空間内の圧力水準は中間ポート装置の区域内の背圧が低圧 通路内の圧力と実際上同じになる程に低下する。ブリードポートは、絞り損失を 回避するため、入口ポートを通して供給される過剰流体の再循環のためばかりで なく、中間ポートを通して供給される流体を排出するためにも、対応する大きい 面積を有しなければならない。弁部材の大きさは、その面積ばかりでなくロータ 軸受外側に利用しうる制限された空間に関しても、その端壁に設けるのには大き すぎる。

この理由から弁は作動空間のバレル壁に設けなければならない。したがってその ような弁は、ハウジングの座と密封的に共働しなければならないだけでなく圧縮 機の内部漏洩を、とくに最大容量で運転しているとき、回避するため、向き合う ロータとも密封的に共働しなければならないために、形状が複雑となり、製造、 が高価につく。

本発明の主目的は、従来技術において使用されたものより一層簡単かつ一層安価 な弁装置によって、機械のならびに全設備の一層有効な容量制御を達成すること である。

本発明のこの目的は、中間圧力室と低圧通路との間に選択的に調節可能な溢流弁 を設けることによって達成される。このようにして、中間圧力ポート装置が過剰 な供給作動流体だけが作動空間から排出される低容量状態中そのようなポートと して作用するため、別々のブリード孔を設ける必要性がなくなる。さらに、弁体 はそれだけを座に対してシールすればよいためかなり簡単かつ安価となり、その 一方弁体とロータとの間にいかなるシール的共働に関する必要性も存在しないこ とになる。

本発明の他の目的およびそれらが如何にして達成されるかは添付図面に示す本発 明の実施例の下記の記載から明らかになるであろう。

第１図は本発明による冷凍設備の実施例の線図。

第２図は第３図の２−２線に沿う圧縮機の垂直断面図。

第３図は第２図の３−３線に沿う圧縮機の水平断面図。

第１図に示すように、冷凍設備は高圧通路１４を通って凝縮器１２にまた低圧通 路１８を通って蒸発器１６に連通ずる圧縮機１４を備えている。凝縮器１２およ び蒸発器１６は通路２０によって接続され、通路２０にはそれぞれ絞り弁として 形成された二組の減圧装置２２．２４が設けられている。噴出室の型式の中間圧 力容器２６が二つの絞り弁２２．２４の間に設けられている。中間圧力容器２６ のフラッシュガス側は、通路２８を介して圧縮機１０に駆動連結された電動機３ ２を包囲するハウジング３０に連通している。フラッシュガスは、ハウジング３ ０から設備の中間圧力部分２６．２８．３０に最小圧力を保持する圧力保持弁３ ４および中間通路３６を通って圧縮機１０の中間ポート装置３８に達する。中間 通路３６はさらに選択的に調節可能な弁４０を通って低圧通路１８に連通してい る。設備はさらに、中間圧力流体によって液体を冷却するため、凝縮器１２から 熱交換器４４を通り、かつ高圧通路１４の温度に従って液体流量を制御する弁４ ６を通って、圧縮機１０内の液体噴射開口４８に液化冷媒を移送する通路４２を 備えている。

第２図および第３図に示す圧縮機１０は、雄ロータ５０および雌ロータ５２およ び、ロータを包囲する作動空間５６備えかつ入口ポート５８を通って低圧通路に また出口ボート６０を通って高圧ポート１４に連通ずるケーシング５４を備えた 、相互に噛合うねじローフ型のものである。

圧縮機ケーシング５４は、雄ロータ５０と同軸でかつそれに直接結合された、電 動機３２を包囲するハウジング３０と強固に連結されている。電動機ハウジング ３０は、電動機３２と中間圧力流体との熱交換による冷却のため電動機３２を通 る中間圧力流体用の通路２８に連通ずる入口開口６２および出口開口６４を備え ている。出口開口６４は、電動機ハウジング３０内に成る最小圧力を保持するた め設けられた可調節弁３４に連通している。流体は弁３４から中間通路３６を通 り、作動空間５６の高圧側端壁に開口３６として形成されたポート装置に達する 。開口３８は、前記開口３８と入口ボート５８との間の作動空間５６を通る連通 が各ロータ５０．５２の少なくとも一つのロータのローブによって連続的に阻止 されるような角度位置に設けられている。選択的に調節可能な弁４０は中間通路 ３６と低圧通路１８との間に設けられ、それらの間を連通ずる。弁４０およびポ ート開口３８は、相対的に、弁の流通面積がポート開口の流通面積のはり２倍に なるような大きさにされている。

圧縮機１０はさらに、米国特許第３．０８８．６５９号明細書の第１図に示され たような、低圧側端壁から出口ポート６０に達する作動空間５６のバレル壁の一 部を構成する軸方向に延長する本体を備えた、軸方向に選択的に調節可能な弁部 材６６を備えている。出口ボート６０に面する弁本体６６の端部はロータの角度 位置を限定する端部６８を備え、その端部６８において出口ポート６０を通る高 圧通路１４との連通が開始される。

弁本体６６はその一端で液体冷媒通路４２に連通し、その他端に液体噴射開口４ ８を形成する内部通路７０を備えている。この開口４８は弁部材６６がその出口 ポート６０の最大開口位置にあるとき、前記噴射開口４８と中間開口３８との間 の作動空間５６を通る連通が各ロータ５０．５２上で少な（とも一つのロータに よって連続的に阻止されるように設けられている。

圧縮機はさらに、実際に圧縮されていない作動流体を作動空間からそれぞれ前記 ブリード弁７２．７４および関連した溢流通路７６および７８を通して低圧通路 １８に戻すため、別々に選択的に調節可能なブリード弁７２．７４を備えている 。

弁４０．７２および７４はすべて、圧縮機方式内部で利用しうる圧力流体によっ て選択的に作動可能なリフト弁として形成されている。弁７２．７４はさらに作 動空間５６の隣接するバレル壁として湾曲しかつ弁が閉鎖位置にあるときそれと 衝合するのに適した端面を備えている。

本発明の設備は下記のように作用する。すなわち、圧縮されたガス状作動流体は 圧縮機１０から凝縮器１２に排出されそこで外部冷却装置によって液化される。

液化した作動流体の大部分は、凝縮器１２から第１絞り弁２２を通り、圧力を低 下し、中間圧力容器２６に達し、そこで作動流体はフラッシュガスとして一部が 蒸発し、残りの液化した作動流体は容器２６内の圧力に対応する蒸発温度まで冷 却される。この冷却された作動流体は、第２の絞り弁２４を通り、そこで圧力は さらに低下し、ついで蒸発器１６に達し、そこで作動流体は外部加熱装置によっ て蒸発せしめられる。

低圧ガス状作動流体は蒸発器１６から圧縮機ｌＯの入口１８に戻り、再度圧縮さ れ、凝縮器１２に再循環する。中間圧力容器２６内に生じたフラッシュガスは電 動機ハウジング３０に通され、そこで電動機３２を冷却する。冷却効果は成る量 の液化した作動流体を電動機ハウジング３０に付加的に供給することによって一 層改善される。このハウジングから、フランシュガスは圧縮機ケーシング５４内 に設けられかつ圧縮機１０の作動空間５６の壁のポート装置３８に連通ずる中間 通路３６に通される。圧力保持弁３４を、電動機ハウジング３２内に成る最小圧 力を維持するため電動機ハウジング３２と中間通路３６との間に設けるのが好ま しい。ポート装置３８は作動空間５６の高圧側端壁に開口として形成され、後端 のロータランドよってつねに入口ポート５８との連通を阻止されるロータ溝と連 通ずるような角度位置に設けられる。

設備の全出力状態において、圧縮機１０は、蒸発器１６への液化された作動流体 、を処理するためまた電動機を冷却するため使用される中間圧力ガスが、入口ポ ート装置３８を通して圧力が既に入口ポートの状態から増大した圧縮室に供給さ れるのと同時に、低圧作動流体により入口ポート５８を通してその最大容量まで 充填される。このようにして中間ポート装置を通して供給されたガスの再圧縮の 動力は、圧縮が、圧縮機の入口圧力より一層高い圧力水準において開始されるた め減少する。同時に、圧縮機の全容量が蒸発器からのガスに対して使用され、そ のことは設備の成る容量に対して圧縮機の大きさが縮小されることを意味する。

部分負荷状態を達成するため、中間通路３６と入口通路１８との間の弁４０が開 かれる。このようにして中間圧力流体は、中間ポート装置３８を通して流入する 代わりに入口通路１８まで圧縮機１８を側路し、そうでなければ蒸発器１６から 吸込まれる成る量のガスを置換する。中間ポート装置３８は、付加的入口ポート として作用する代わりに、はとんど圧縮されていないガスを中間通路３６および 弁４０を通して入口通路１８に戻すブリードポートとして作用し、それにより圧 縮機１０の容量をさらに減少し、蒸発器１６を通る作動流体を一層少なくし、設 備の容量をかなり減少する。圧力保持弁３４により、電動機ハウジング３２内の したがって中間圧′力容器内の圧力は、蒸発器１６が圧縮機１０によりそこから 吸込まれた量に等しい作動流体を連続的に供給されるような水準に保持される。

そのような部分負荷状態で運転中、圧縮機内の圧力水準は、丁度中間ポート３８ から締切られた圧縮室内の圧力が、全負荷で運転しているときの中間圧力容器２ ６の圧力に等しくなる代わりに入口通路１８の圧力に等しくなるように低下し、 その一方凝縮器１２内の圧力はそれが凝縮器温度に対応する圧力に依存するため 、実際上一定である。よい効率を得るため出口ポート６０は縮小され、そこで組 込み容積比は、圧力比が凝縮圧力と蒸発圧力との間の比率に対応するように変更 されなければならない。出口ポート６０の大きさは可調節弁６６の調節によって 変化される。

圧縮機１０内における圧縮中ガスのシールとくにガスの冷却を改善するため、凝 縮器からの液化した作動流体は、液体がロータ溝が中間ポート３８がら締切られ そこで前記液体が噴射開口４８から直接中間ポート３８に通過することができな くなった後に前記溝に噴射されるように設けられた、噴射開口４８を通って圧縮 機ｌＯ内に噴射される。噴射されるべき液体の量は、高圧通路１４内の温度を凝 縮器１２内の温度よりほんの僅かだけ高いほとんど一定の温度に維持するため弁 ４６によって調節される。

圧縮機１０のそして設備の容量の一層の減少は、ロータ溝に対して異なった角度 位置に配置された二つのブリード弁７０．７４によって段階的に得ることができ る。

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Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．らせん状ローブおよび介在する溝を有する少なくとも一つのロータを備えた 回転式容積型圧縮機と、高圧通路を通して圧縮機の出口ポートに連通する凝縮器 と、低圧通路を通して圧縮機の入口ポートに連通する蒸発器と、中間圧力通路を 通して圧縮機の中間ポート装置に連通する中間圧力用容器であって、前記中間ポ ート装置が前記入口ポートならびに出口ポートから離されたものと、凝縮器内の 高圧を容器内の中間圧力にまた蒸発器内の低圧に、それぞれ、減圧する減圧装置 とを備えた型の冷凍設備において、前記中間通路と前記低圧通路との間を連通す る選択的に調節可能な弁装置を備えたことを特徴とする、冷凍設備。
2. ２．前記調節可能な弁装置の最大開口位置における流通面積が前記中間ポート装 置の流通面積より大きい、請求の範囲第１項に記載の冷凍設備。
3. ３．前記中間ポート装置が圧縮機の高圧側端壁に設けられた、請求の範囲第１項 または第２項に記載の冷凍設備。
4. ４．圧縮機が入口通路に連通しかつ圧縮機の容量をさらに減少するように作動空 間の壁に設けられた少なくとも一つのブリード通路と共働する付加的の、選択的 に調節可能な弁装置を備えた、請求の範囲第１項ないし第３項に記載の冷凍設備 。
5. ５．圧縮機が液化した冷媒用の少なくとも一つの噴射開口を備え、前記開口が前 記中間ポート装置から離されかつ作動空間を通る前記開口と前記中間ポート装置 との間の連通が少なくとも一つのロータのローブによって連続的に阻止されるよ うに設けられた、請求の範囲第１項ないし第４項に記載の冷凍設備。
6. ６．噴射されるべき液化した冷媒がその噴射に先立って予冷される、請求の範囲 第５項に記載の冷凍設備。
7. ７．圧縮機が前記選択的に調節可能な弁装置の調節および／または凝縮器および 蒸発器の実際の温度に従って出口ポートを変化する調節可能な弁部材を備えた、 請求の範囲第１項ないし第６項に記載の冷凍設備。
8. ８．前記調節可能な弁部材が軸方向に摺動可能でかつ圧縮室と高圧通路との間を 連通する共働するロータの角度位置を決定する端部を備えた、請求の範囲第７項 に記載の冷凍設備。
9. ９．三つの異なった位置の間で前記軸方向に摺動可能な弁部材を調節する装置を 備えた、請求の範囲第７項に記載の冷凍設備。
10. １０．二つの極限位置の間で前記軸方向に摺動可能な弁部材を連続的に調節する 装置を備えた、請求の範囲第８項に記載の冷凍設備。
11. １１．圧縮機に駆動連結された電動機を冷却する熱交換器が冷凍設備の中間圧力 部分に設けられた、請求の範囲前記各項のいずれか１項に記載の冷凍設備。
12. １２．前記中間圧力容器および前記蒸発器がそれらの間に直列に減圧装置を備え 、前記容器が前記中間圧力のフラッシュガスを生ずる噴出室として作用する、請 求の範囲前記各項のいずれか１項に記載の冷凍設備。
13. １３．入口通路に連通する入口ポートと、出口通路に連通する出口ポートと、中 間圧力通路に連通する中間ポート装置とを備え、前記中間ポート装置が前記入口 ポートならびに前記出口ポートから離された、らせんローブおよび介在した中間 溝を有する少なくとも一つのロータを備えた弾性作動流体用容積型回転機械にお いて、前記中間圧力通路と前記入口通路との間を連通する選択的に調節可能な弁 装置を備えていることを特徴とする、回転式容積型機械。
14. １４．とくに冷凍設備の圧縮機として使用するのに適した回転式機械であって、 前記出口通路に連通する凝縮器と、前記入口通路に連通する蒸発器と、前記中間 圧力通路に連通する中間圧力用容器と、凝縮器内の高圧を容器内の中間圧力にま た蒸発器内の低圧に、それぞれ、減圧する減圧装置とを備え、圧縮機が前記選択 的に調節可能な弁装置の調節および／または凝縮器および蒸発器の実際の温度に 従って出口ポートを変化する調節可能な弁部材を備えた、請求の範囲第１３項に 記載の回転式容積型機械。
15. １５．前記調節可能な弁部材が軸方向に摺動可能でかつ圧縮室と高圧通路との間 を連通させる共働するロータの角度位置を決定する端部を備えた、請求の範囲第 １４項に記載の回転式容積型機械。
16. １６．二つの極限位置の間で前記軸方向に摺動可能な弁部材を調節する装置を含 む、請求の範囲第１５項に記載の回転式容積型機械。
17. １７．圧縮機が入口通路に連通しかつ圧縮機の容量をさらに減少するように作動 空間の壁に配置された少なくとも一つのブリードポートと共働する付加的の、選 択的に調節可能な弁装置を備えた、請求の範囲第１４項ないし第１６項のいずれ か１項に記載の回転式容積型機械。
18. １８．圧縮機が液化した冷媒用の少なくとも一つの噴射開口を備え、前記開口が 前記中間ポート装置から離されかつ前記作動空間を通る前記開口と前記中間ポー トとの間の連通が少なくとも一つのロータのローブによって連続的に阻止される ように設けられた、請求の範囲第１４項ないし第１７項のいずれか１項に記載の 回転式容積型機械。
19. １９．前記中間圧力通路と前記入口通路との間の前記調節可能な弁装置の最大開 口位置における流通面積が前記中間ポート装置の流通面積より大きい、請求の範 囲第１４項ないし第１８項のいずれか１項に記載の回転式容積型機械。
20. ２０．前記中間ポート装置が圧縮機の高圧端壁に配置された、請求の範囲第１４ 項ないし第１９項のいずれか１項に記載の回転式容積型機械。