JP4559283B2 - ２段スクリュ冷凍機 - Google Patents

Description

本発明は、２段油冷式スクリュ圧縮機を用いた２段スクリュ冷凍機に関するものである。

従来、２段油冷式スクリュ圧縮機を用いた２段スクリュ冷凍機は公知である（例えば、特許文献１及び２参照。）。
特開平１−２７３８９４号公報 特開２００３−１３０４７７号公報

特許文献１に記載の２段スクリュ冷凍機では、２段油冷式スクリュ圧縮機から圧縮冷媒ガスとともに吐出された油は油分離回収器（オイルセパレータ）でこの冷媒ガスから分離、回収された後、水冷式の油冷却器（オイルクーラ）で冷却され、オイルストレーナを経て軸受等に供給されている。

特許文献２に記載の２段スクリュ冷凍機では、油冷却器における冷却媒体を供給するために、冷媒循環流路から分岐した液冷媒用分岐流路が設けられ、２段油冷式スクリュ圧縮機から圧縮冷媒ガスとともに吐出された油は油分離器でこの冷媒ガスから分離された後、上記油冷却器で上記液冷媒用分岐流路の液冷媒により冷却され、２段油冷式スクリュ圧縮機の各軸受に供給されている。

上述した従来の２段スクリュ冷凍機の場合、冷却媒体が冷却水か液冷媒かの差異はあるものの、いずれも油冷却器が設けられており、これにより構造が複雑になり、嵩高になるとともに、メンテナンスの作業も増大するという問題がある。
本発明は、斯かる従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、構造の単純化、小型化、メンテナンスの負担軽減等を可能とした２段スクリュ冷凍機を提供しようとするものである。

上記課題を解決するために、第１発明は、
互いに噛み合う雌雄一対の第１段スクリュロータ及び第２段スクリュロータを有する２段油冷式スクリュ圧縮機に加えて、油分離回収器、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を含む冷媒循環流路と、上記油分離回収器内の油を上記２段油冷式スクリュ圧縮機内の少なくとも軸受、軸封部を含む油供給箇所に導く油流路とを備えた２段スクリュ冷凍機において、
上記第１段スクリュロータと上記第２段スクリュロータとの間の中間段部に位置する中間油だまりを備え、
上記冷媒循環流路における上記凝縮器と上記膨張弁との間から分岐して絞り手段を経て、その絞り手段から直接、上記中間油だまりに通じる分岐流路を設け、上記分岐流路に分流した冷媒液を上記絞り手段を経て上記中間油だまりに流入させるよう構成した。

第２発明は、第１発明の構成に加えて、上記冷媒循環流路における上記２段油冷式スクリュ圧縮機の吐出側で、上記凝縮器の一次側の部分に、ここでの流路内温度を検出し、且つ上記流路内温度が設定温度になるように上記絞り手段の開度を調整する温度検出器を設けた構成とした。

第１発明に係る２段スクリュ冷凍機によれば、上記第１段スクリュロータと上記第２段スクリュロータとそれらの間の中間段部のうちのいずれかで冷媒ガスが冷却される故、冷媒ガスの冷却のために必要であった油の冷却用の油冷却器を省くことができ、構造の単純化、小型化、メンテナンスの負担軽減等が可能になるという効果を奏する。

また、上記第１段スクリュロータと上記第２段スクリュロータとの間の中間段部に位置する中間油だまりで油が冷却されるとともに、冷媒ガスが冷却される故、やはり油冷却器を省くことができ、構造の単純化、小型化、メンテナンスの負担軽減等が可能になるという効果を奏する。

第２発明に係る２段スクリュ冷凍機によれば、第１発明による効果に加えて、２段油冷式スクリュ圧縮機の吐出側の流路内温度が設定温度になるように、油流路から２段油冷式スクリュ圧縮機内の油供給箇所に供給する油の温度を適温にすることが可能になるという効果を奏する。

次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は第１発明に係る２段スクリュ冷凍装置１Ａを示し、この２段スクリュ冷凍装置１Ａは、２段油冷式スクリュ圧縮機１１、油分離回収器１２、凝縮器１３、膨張弁１４及び蒸発器１５を含む冷媒循環流路Iと、油分離回収器１２内の油、即ちその下部の油溜まり部１６における油を２段油冷式スクリュ圧縮機１１内の後述する油供給箇所に導く油流路IIと、冷媒循環流路Iにおける凝縮器１３と膨張弁１４との間の部分から分岐し、絞り手段１７が介設された分岐流路IIIとを備えている。

２段油冷式スクリュ圧縮機１１は、一方に吸込口２１、他方に吐出口２２が形成された圧縮機ケーシング２３内に互いに噛み合う雌雄一対の第１段スクリュロータ２４及び第２段スクリュロータ２５を有し、第１段スクリュロータ２４と第２段スクリュロータ２５との間、即ち第１段スクリュロータ２４の吐出部２６と第２段スクリュロータ２５の吸込み部２７との間の中間段部２８には油が溜められた中間油だまり２９が形成されている。また、これらの第１段スクリュロータ２４及び第２段スクリュロータ２５は、軸受・軸封部３１，３２，３３にて回転可能に支持されるとともに、第１段スクリュロータ２４の一方のロータと第２段スクリュロータ２５の一方のロータとは、ロータ軸を共有し、同軸回転可能となっている。さらに、２段油冷式スクリュ圧縮機１１の駆動部であるモータ４１のモーターケーシング４２はこれと一体的に結合された圧縮機ケーシング２３とともに半密閉構造を形成し、モーターケーシング４２内には、第１段スクリュロータ２４の上記一方のロータと軸を共有する回転子４３とこれを包囲する固定子４４とが収容されている。従って、この一方のロータの軸はモータ４１の出力軸にもなっており、この一方のロータ及び第２段スクリュロータ２５の上記一方のロータを介してモータ４１により第１段スクリュロータ２４及び第２段スクリュロータ２５が回転駆動される。

一方、本実施形態では、油流路IIは油溜まり部１６から油を軸受・軸封部３１，３２，３３に加え、第１段スクリュロータ２４及び第２段スクリュロータ２５により形成されるガス圧縮空間のそれぞれに導いている。ここで、ガス圧縮空間はガス圧縮過程にある空間である故、吸込口２１、吐出部２６、吸込み部２７、吐出口２２には連通していない状態となっている。また、分岐流路IIIは絞り手段１７を経て、中間油だまり２９に通じている。なお、この絞り手段１７としては、絞り作用を有するものであればよく、例えばオリフィス、固定絞り弁、可変絞り弁が含まれる。

そして、上記構成からなる２段スクリュ冷凍装置１Ａにおいて、２段油冷式スクリュ圧縮機１１の吸込口２１から吸込まれた冷媒ガスは、油流路IIからの油注入下で圧縮され、吐出部２６から油を伴って中間段部２８に吐出される。さらに、この油を伴った冷媒ガスは、吸込み部２７より第２段スクリュロータ２５に吸込まれ、油流路IIからの油注入下で圧縮され、油とともに吐出口２２から油分離回収器１２に向けて吐出される。軸受・軸封部３１，３２，３３に供給された油も油分離回収器１２に戻され、この油分離回収器１２で冷媒ガスと油とが分離され、油は一旦油溜まり部１６に溜められ、油除去された冷媒ガスは油分離回収器１２の上部から延びる冷媒循環流路Iの部分に送り出される。

油溜まり部１６の油は油流路IIにより軸受・軸封部３１，３２，３３に供給されるとともに、第１段のスクリュロータ２４及び第２段スクリュロータ２５により形成されるガス圧縮空間のそれぞれに導かれた後、油分離回収器１２に回収されて、繰返し循環使用に供される。

これに対して、油分離回収器１２を出た冷媒ガスは、凝縮器１３で低温熱源、例えば水により熱を奪われ、凝縮し、冷媒液となって凝縮器１３から分岐流路IIIの分岐点に至り、ここで冷媒液の一部が分岐流路IIIに分流し、その残りが膨張弁１４に向かう。膨張弁１４に向かった冷媒液ガスは、膨張弁１４を経て部分的にガス状態になるとともに温度を下げた後、蒸発器１５で高温熱源から熱を奪い、完全に蒸発し、ガス状態になって２段スクリュ冷凍装置１Ａの吸込口２１に戻る。また、分岐流路IIIに分流した冷媒液は絞り手段１７を経て温度を下げ部分的にガス状態になるとともに温度を下げ、中間油だまり２９に流入し、ここの油温を低下させると同時に完全にガス状態となって中間段部２８にて吐出部２６から吸込み部２７に向かう油を伴った冷媒ガスに合流する。この結果、中間油だまり２９の油が冷却されると同時に、中間段部２８にて油及び冷媒ガスも冷却される。

このように、この２段スクリュ冷凍装置１Ａでは、分岐流路IIIからの冷媒により中間油だまり２９の油を冷却すると同時に、中間段部２８にて油及び冷媒ガスが冷却されるため、従来のように油流路IIに油冷却器を設ける必要がなくなり、構造が単純化、小型化され、メンテナンスの負担軽減も可能となっている。

図２は、参考例１に係る２段スクリュ冷凍装置１Ｂを示し、この２段スクリュ冷凍装置１Ｂにおいて、上述した２段スクリュ冷凍装置１Ａと互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この２段スクリュ冷凍装置１Ｂでは、冷媒循環流路Iにおける凝縮器１３と膨張弁１４との間の部分から分岐し、絞り手段１７が介設された分岐流路IVを備えており、この分岐流路IVは中間油だまり２９に代えて、第１段スクリュロータ２４により形成されるガス圧縮空間に通じている。そして、斯かる構成により、このガス圧縮空間での冷却作用により上記同様、油冷却器が不要になり、構造の単純化、小型化され、メンテナンスの負担軽減が可能になるとともに、ガス圧縮動力が低減される。

図３は、参考例２に係る２段スクリュ冷凍装置１Ｃを示し、この２段スクリュ冷凍装置１Ｃにおいて、上述した２段スクリュ冷凍装置１Ａと互いに共通する部分については、同一符号を付して説明を省略する。
この２段スクリュ冷凍装置１Ｃでは、冷媒循環路Iにおける凝縮器１３と膨張弁１４との間の部分から分岐し、絞り手段１７が介設された分岐流路Vを備えており、この分岐流路Vは中間油だまり２９に代えて、第２段スクリュロータ２５により形成されるガス圧縮空間に通じている。そして、斯かる構成によって、このガス圧縮空間での冷却作用により上記同様、油冷却器が不要になり、構造の単純化、小型化及びメンテナンスの負担軽減が可能になるとともに、ガス圧縮動力が低減される。

図４は第２発明に係る２段スクリュ冷凍装置１Ｄを示し、この２段スクリュ冷凍装置１Ｄにおいて、上述した２段スクリュ冷凍装置１Ａと互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この２段スクリュ冷凍装置１Ｄでは、絞り手段１７を膨張弁にするとともに、冷媒循環流路Iにおける２段油冷式スクリュ圧縮機１１の吐出側で、凝縮器１３の一次側の部分、例えば図示するように、この第１実施形態では、２段油冷式スクリュ圧縮機１１と油分離回収器１２との間の部分に温度検出器５１が温度検出可能に設けられている。そして、この部分の流路内温度が設定温度、例えば４０〜６０℃の所望温度になるように温度検出器５１により絞り手段１７の開度調整がなされ、油流路IIから２段油冷式スクリュ圧縮機１１内の油供給箇所に供給する油の温度を適温にすることが可能となっている。

図５は参考例３に係る２段スクリュ冷凍装置１Ｅを示し、この２段スクリュ冷凍装置１Ｅにおいて、上述した２段スクリュ冷凍装置１Ｂと互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この２段スクリュ冷凍装置１Ｅでは、２段スクリュ冷凍装置１Ｄと同様、絞り手段１７を膨張弁にするとともに、冷媒循環流路Iにおける２段油冷式スクリュ圧縮機１１の吐出側で、凝縮器１３の一次側の部分、例えば図示するように、この第２実施形態では、２段油冷式スクリュ圧縮機１１と油分離回収器１２との間の部分に温度検出器５１が温度検出可能に設けられている。そして、この部分の流路内温度が設定温度、例えば４０〜６０℃の所望温度になるように温度検出器５１により絞り手段１７の開度調整がなされ、油流路IIから２段油冷式スクリュ圧縮機１１内の油供給箇所に供給する油の温度を適温にすることが可能となっている。

第１発明に係る２段スクリュ冷凍装置の全体構成を示す図である。 参考例１に係る２段スクリュ冷凍装置の全体構成を示す図である。 参考例２に係る２段スクリュ冷凍装置の全体構成を示す図である。 第２発明に係る２段スクリュ冷凍装置の全体構成を示す図である。 参考例３に係る２段スクリュ冷凍装置の全体構成を示す図である。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ ２段スクリュ冷凍装置
１１ ２段油冷式スクリュ圧縮機
１２ 油分離回収器
１３ 凝縮器
１４ 膨張弁
１５ 蒸発器
１６ 油溜まり部
１７ 絞り手段
２１ 吸込口
２２ 吐出口
２３ 圧縮機ケーシング
２４ 第１段スクリュロータ
２５ 第２段スクリュロータ
２６ 吐出部
２７ 吸込み部
２８ 中間段部
２９ 中間油だまり
３１，３２，３３ 軸受・軸封部
４１ モータ
４２ モーターケーシング
４３ 回転子
４４ 固定子
５１ 温度検出器
I 冷媒循環流路
II 油流路
III 分岐流路
IV 分岐流路
V 分岐流路

Claims (2)

1. 互いに噛み合う雌雄一対の第１段スクリュロータ及び第２段スクリュロータを有する２段油冷式スクリュ圧縮機に加えて、油分離回収器、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を含む冷媒循環流路と、上記油分離回収器内の油を上記２段油冷式スクリュ圧縮機内の少なくとも軸受、軸封部を含む油供給箇所に導く油流路とを備えた２段スクリュ冷凍機において、
   上記第１段スクリュロータと上記第２段スクリュロータとの間の中間段部に位置する中間油だまりを備え、
   上記冷媒循環流路における上記凝縮器と上記膨張弁との間から分岐して絞り手段を経て、その絞り手段から直接、上記中間油だまりに通じる分岐流路を設け、上記分岐流路に分流した冷媒液を上記絞り手段を経て上記中間油だまりに流入させるよう構成したことを特徴とする２段スクリュ冷凍機。
2. 上記冷媒循環流路における上記２段油冷式スクリュ圧縮機の吐出側で、上記凝縮器の一次側の部分に、ここでの流路内温度を検出し、且つ上記流路内温度が設定温度になるように上記絞り手段の開度を調整する温度検出器を設けたことを特徴とする請求項１に記載の２段スクリュ冷凍機。

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