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JP5844980B2 - ２段スクリュ圧縮式冷凍装置 - Google Patents
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Description

本発明は、２段スクリュ圧縮式冷凍装置に関する。
油冷式スクリュ圧縮機を用いて冷媒を２段圧縮する冷凍装置が公知である。油冷式スクリュ圧縮機のロータ室や軸受には、冷却や潤滑等のために油を供給する必要がある。油冷式スクリュ圧縮機を用いる場合、一般に、吐出した冷媒から分離した油を、冷媒の吐出圧力によってスクリュ圧縮機の各所に再供給する。
２段スクリュ圧縮式冷凍装置において、１段目の吸込圧力は、蒸発器における蒸発温度によって定まり、２段目の吐出圧力は、凝縮器における凝縮温度によって定まる。図３に、１段目のスクリュと２段目のスクリュとが同軸である２段スクリュ圧縮式冷凍装置における圧力条件を示す。１段目と２段目との間の中間圧力部における中間圧力は、１段目の吸込圧力と１段目の機械的圧縮比により定まるため、蒸発温度に依存する。図示するように、凝縮温度ＣＴが低いときには、中間圧力が、吐出圧力よりも高くなることがある。
一般に、２段スクリュ圧縮式冷凍装置では、２段目のスクリュの吐出側の軸受に供給された油が、１段目の吐出側で２段目のスクリュの吸込側の中間圧力空間に排出されるようになっている。しかしながら、中間圧力空間の圧力が吐出圧力よりも高くなると、吐出側の軸受に供給した油を排出することができず、新たな油を供給できないので、潤滑や冷却が不十分になり、スクリュ圧縮機の損傷を招くことになる。
この問題を解決するために、特許文献１では、中間圧力と２段目の吐出圧力との差を監視して、中間圧力が吐出圧力よりも高くならないように、中間圧力部から１段目の吸込空間に冷媒を環流させている。特許文献１の構成では、中間圧力を調整するための追加的制御が必要であり、中間圧力部から１段目の吸込空間に冷媒を環流させることによる動力損失も生じる。
特許第３８３７２９８号公報
前記問題点に鑑みて、本発明の課題は、１段目の吸込圧力が上昇し、且つ、２段目の吐出圧力が低下したときでも、吐出側の軸受に油を供給できる簡素で効率のよい２段スクリュ圧縮式冷凍装置を提供することである。
前記課題を解決するために、本発明によれば、直列に接続された第１段スクリュ圧縮部および第２段スクリュ圧縮部によって冷媒を圧縮する２段スクリュ圧縮式冷凍装置は、前記第２段スクリュ圧縮部の吐出側の軸受に油を供給する油供給流路と、前記軸受の前記第２段スクリュ圧縮部と反対側に開口し、前記第１段スクリュ圧縮部の圧縮空間に連通して、前記軸受に供給された前記油を当該圧縮空間に排出する油排出流路とを備えるものとする。
この構成によれば、第１段スクリュ圧縮部の吸込圧力と、第１段スクリュ圧縮部と第２段スクリュ圧縮部との間の中間圧力との間の圧力を有する圧縮空間に、第２段スクリュ圧縮部の吐出側の軸受を連通させるので、十分な圧力差を確保して軸受から油を排出して新たな油の供給を可能にできる。この構成は、特別な制御を必要とせず、その構造も簡素である。
また、本発明による２段スクリュ圧縮式冷凍装置において、前記油供給流路は、前記第２段スクリュ圧縮部の吐出側の端面と前記軸受との間に開口してもよい。
この構成によれば、油供給流路に供給する油に要求される圧力が軸受における圧損により上昇しない。
また、本発明に係る２段スクリュ圧縮式冷凍装置において、前記油供給流路は、前記第２スクリュ圧縮部から吐出された気体から分離した油を、前記吐出された気体の圧力によって供給してもよい。
本発明の１つの実施形態の２段スクリュ圧縮式冷凍装置の構成を示す図である。 図１の２段スクリュ圧縮式冷凍装置における圧力を示す図である。 従来の２段スクリュ圧縮式冷凍装置における圧力を示す図である。
図１は本発明に係る２段スクリュ圧縮式冷凍装置１を示し、この２段スクリュ圧縮式冷凍装置１は、２段油冷式スクリュ圧縮機２、油分離回収器３、凝縮器４、膨張弁５および蒸発器６を介設し、冷媒を封入した冷媒循環流路７からなる。
２段油冷式スクリュ圧縮機２は、直列に接続された第１段スクリュ圧縮部８と第２段スクリュ圧縮部９とを有する。第１段スクリュ圧縮部８は、圧縮機ケーシング１０の内部に形成した第１段ロータ室１１に雌雄一対の第１段スクリュロータ１２を収容してなり、第２段スクリュ圧縮部９は、同じ圧縮機ケーシング１０の内部に形成した第２段ロータ室１３に雌雄一対の第２段スクリュロータ１４を収容してなる。
第１段スクリュ圧縮部８は上流側の冷媒循環流路７に接続される吸込流路１５に連通する吸込口１６から冷媒を吸い込んで圧縮し、吐出口１７から、第１段スクリュ圧縮部８と第２段スクリュ圧縮部９との間のケーシング内に画定された中間圧力空間１８に吐出する。第２段スクリュ圧縮部９は、中間圧力空間１８に開口する吸込口１９から冷媒を吸い込んで圧縮し、吐出口２０から下流側の冷媒循環流路７に吐出する。
第１段スクリュロータ１２および第２段スクリュロータ１４は、軸受２１，２２，２３によって回転可能に支持されている。また、第１段スクリュロータ１２の一方のロータと第２段スクリュロータ１４の一方のロータとは、ロータ軸２４を共有し、同軸で回転するようになっている。
さらに、２段油冷式スクリュ圧縮機２は、スクリュロータ１２，１４が共有するロータ軸２４を回転駆動するモータ２５を備える。モータ２５のモーターケーシング２６は、圧縮機ケーシング１０と一体に接続されており、半密閉構造を形成している。モーターケーシング２６内には、スクリュロータ１２，１４とロータ軸２４を共有する回転子２７と、回転子２７を包囲する固定子２８とが収容されている。
２段油冷式スクリュ圧縮機２の軸受２１，２２，２３には、油分離回収器３によって２段油冷式スクリュ圧縮機２が吐出した冷媒から分離した油が、油冷却器２９が介設された油供給流路３０を介して、２段油冷式スクリュ圧縮機２の吐出圧力によって供給されるようになっている。
吸込側の軸受２１に供給された油は、冷媒と共に第１段ロータ室１１に吸い込まれ、中間圧力空間１８に配置された軸受２２に供給された油は、中間圧力空間１８から冷媒と共に第２段ロータ室１３に吸い込まれることで、最終的に吐出口２０から冷媒と共に吐出される。一方、吐出側の軸受２３に供給された油は、第１段スクリュロータ１２が第１段ロータ室１１内に画定し、吸込口１６および吐出口１７から隔離された圧縮空間に連通する油排出流路３１を介して、第１段スクリュ圧縮部８の圧縮空間に排出されるようになっている。
詳しく説明すると、軸受２３に油を供給するための油供給流路３０は、第２段スクリュ圧縮部９（第２段ロータ室１３）の吐出側の端面と軸受２３との間に開口している。また、油排出流路３１は、軸受２３の第２段スクリュ圧縮部９とは反対側に開口している。つまり、軸受２３に供給された油は、第２段スクリュ圧縮部９側から軸受２３を横断して流出する。このため、軸受２３の第２段スクリュ圧縮部９側の油は、軸受２３の第２段スクリュ圧縮部９とは反対側の油よりも、軸受２３における圧損分だけ高い圧力を有している。
図２に、２段油冷式スクリュ圧縮機２における、第１段スクリュ圧縮部８の吸込口１６における冷媒圧力である吸込圧力Ｐｓ、中間圧力空間１８の内圧である中間圧力Ｐｍ、および、第２段スクリュ圧縮部９の吐出口２０における冷媒圧力である吐出圧力Ｐｄの取り得る範囲を示す。
吐出圧力Ｐｄは、凝縮器４における凝縮圧力に一致するが、凝縮器４の冷却温度（ＣＴ）に応じて、図中の線Ｌ１から線Ｌ２の間で変動する。図の横軸は蒸発器６における冷媒の蒸発温度であるが、２段油冷式スクリュ圧縮機２の吸込圧力Ｐｓは、図示するように蒸発温度に依存するため、線Ｌ３上で変化し得る。また、２段油冷式スクリュ圧縮機２では、第１段スクリュ圧縮部８の機械的圧縮比が一定であるため、中間圧力Ｐｍは、吸込圧力Ｐｓに依存し、線Ｌ４上で蒸発温度にしたがって変化し得る。油排出流路３１の圧力Ｐ３１は、第２段スクリュ圧縮部９の圧縮途中の一点であるため、蒸発温度にしたがって、中間圧力Ｐｍの線Ｌ４よりも低い線Ｌ５上で移動する。
図示するように、２段油冷式スクリュ圧縮機２では、油排出流路３１の圧力Ｐ３１は、吐出圧力Ｐｄよりも十分に低い圧力で推移する。したがって、油排出流路３１は、吐出圧力Ｐｄに等しい圧力を有する油供給流路３０との間に、常に十分な圧力差を有する。これにより、軸受２３における圧損を考慮しても、軸受２３供給された油を順次排出し、新たに冷却された油を軸受２３に供給可能とすることで、軸受２３の損傷を防止できる。また、軸受２３に供給される油は、第２段スクリュ圧縮部９と軸受２３との間のシール構造における軸封を補助するシール流体としても機能する。
１…２段スクリュ圧縮式冷凍装置
２…２段油冷式スクリュ圧縮機
８…第１段スクリュ圧縮部
９…第２段スクリュ圧縮部
１０…圧縮機ケーシング
１１…第１ロータ室
１２…第１スクリュロータ
１３…第２ロータ室
１４…第２スクリュロータ
１６…吸込口
１８…中間圧力空間
２０…吐出口
２２…軸受
３０…油供給流路
３１…油排出流路

Claims (3)

  1. 直列に接続された第１段スクリュ圧縮部および第２段スクリュ圧縮部によって冷媒を圧縮する２段スクリュ圧縮式冷凍装置において、
    前記第２段スクリュ圧縮部の吐出側の軸受に油を供給する油供給流路と、
    前記軸受の前記第２段スクリュ圧縮部と反対側に開口し、前記第１段スクリュ圧縮部の圧縮空間に連通して、前記軸受に供給された前記油を当該圧縮空間に排出する油排出流路とを備えることを特徴とする２段スクリュ圧縮式冷凍装置。
  2. 前記油供給流路は、前記第２段スクリュ圧縮部の吐出側の端面と前記軸受との間に開口することを特徴とする請求項１に記載の２段スクリュ圧縮式冷凍装置。
  3. 前記油供給流路は、前記第２スクリュ圧縮部から吐出された気体から分離した油を、前記吐出された気体の圧力によって供給することを特徴とする請求項１または２に記載の２段スクリュ圧縮式冷凍装置。
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