渦輪制冷機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及渦輪制冷機，特別是涉及具有利用制冷劑的一部分對壓縮機中所使用的油進行冷卻的結構的渦輪制冷機。
【背景技術】
[0002]以往，制冷空調裝置等中所使用的渦輪制冷機由封入有制冷劑的封閉系統構成，該渦輪制冷機構成為利用制冷劑配管將如下部件連結:蒸發器，其從冷水(被冷卻流體)獲取熱量使制冷劑蒸發而發揮制冷效果；壓縮機，其對在上述蒸發器蒸發后的制冷劑氣體進行壓縮而使之成為高壓的制冷劑氣體；冷凝器，其利用冷卻水(冷卻流體)對高壓的制冷劑氣體進行冷卻而使之冷凝；以及膨脹閥(膨脹機構)，其對上述冷凝后的制冷劑進行減壓而使之膨脹。而且，在將利用多級葉輪多級地對制冷劑氣體進行壓縮的多級壓縮機用作壓縮機的情況下，將在作為中間冷卻器的節能器所產生的制冷劑氣體導入到壓縮機的中間級(多級葉輪的中間部分)，其中，所述節能器設置于冷凝器與蒸發器之間的制冷劑配管中。
[0003]渦輪制冷機的壓縮機內置有對旋轉體進行支承的軸承、使旋轉體增速的齒輪，因壓縮機的旋轉體進行高速旋轉而產生機械損耗即產生熱量。出于對該熱量的冷卻、以及對軸承與齒輪的潤滑的目的，利用油泵向軸承與齒輪供給潤滑油。但是，由于與前述的機械損耗相應地產生的熱量，使得潤滑油的溫度上升，無法使制冷機持續運轉。因此，在油泵的排出配管設置有用于冷卻潤滑油的油冷卻器。對于油冷卻器的冷卻源而言，一般利用制冷循環中的液態制冷劑。
[0004]以往，將冷凝器與蒸發器的壓力差作為驅動源，將冷凝器的液態制冷劑供給至油冷卻器，對潤滑油進行冷卻。在油冷卻器蒸發氣化的一部分制冷劑氣體、與過度供給的液態制冷劑作為二相流體而返回到蒸發器。
[0005]專利文獻1:日本特開平10-220885號公報
[0006]在上述的現有技術中，產生以下課題。
[0007]I)冷凝器的液態制冷劑在一般的進行空氣調節的條件下為38°C左右，與作為非冷卻流體的潤滑油(60°C左右)之間的溫差即所謂的對數平均溫差(LMTD)較小，因此，用于進行冷卻的油冷卻器的導熱面積(A)增大。即，若將油冷卻器的導熱量設為Q，將總導熱系數設為K，將油冷卻器導熱面積設為A，將對數平均溫差設為LMTD，則表示為Q =KXAXLMTD。為了獲得規定的導熱量Q，由于對數平均溫差LMTD較小，因此，需要增大油冷卻器的導熱面積A。因此，油冷卻器的外徑尺寸增大。
[0008]2)從冷凝器供給至油冷卻器的液態制冷劑的一部分蒸發，其他的大部分保持液態制冷劑的狀態不變地返回到蒸發器并被減壓，其結果，閃蒸為制冷劑氣體。該閃蒸后的制冷劑氣體無助于制冷效果，被吸入到壓縮機則產生無效的壓縮動力，因此，成為制冷機的效率降低的一個因素。
【發明內容】
[0009]本發明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于，提供一種渦輪制冷機，能夠減小油冷卻器的外徑而實現油冷卻器的小型化，并且能夠削減與油冷卻器的冷卻有關的無效的壓縮動力。
[0010]為了實現上述目的，本發明的渦輪制冷機具備:蒸發器，其從冷水獲取熱量使制冷劑蒸發而發揮制冷效果；渦輪壓縮機，其利用葉輪對制冷劑進行壓縮；以及冷凝器，其利用冷卻水對壓縮后的制冷劑氣體進行冷卻而使之冷凝，所述渦輪制冷機的特征在于，具備:制冷劑管線，其與上述蒸發器的下部連接，液態制冷劑自蒸發器的下部起在該制冷劑管線中流動；以及油冷卻器，其使在上述制冷劑管線中流動的液態制冷劑與在上述渦輪壓縮機內使用的油之間進行熱交換，利用從上述蒸發器供給的液態制冷劑液對上述油進行冷卻。
[0011]本發明不使用冷凝器的液態制冷劑作為油冷卻器中對油進行冷卻的冷卻源，而是使用蒸發器的液態制冷劑作為油冷卻器中對油進行冷卻的冷卻源。在一般的進行空氣調節的用途中，蒸發器的液態制冷劑大約為6°C左右。在使用來自蒸發器的液態制冷劑作為油冷卻器的冷卻源的情況下，與使用來自冷凝器的液態制冷劑的情況相比，溫度水平更低，因此，能夠增大所謂的對數平均溫差(LMTD)，能夠減小油冷卻器的導熱面積。
[0012]根據本發明的優選方式，其特征在于，具備噴射器，該噴射器將上述冷凝器的制冷劑氣體作為驅動用氣體，從上述蒸發器的下部吸引液態制冷劑并使該液態制冷劑向上述制冷劑管線流動。
[0013]根據本發明，將冷凝器的高壓的制冷劑氣體作為驅動用氣體而導入到噴射器，利用噴射器汲取滯留于蒸發器的下部的液態制冷劑，并將其供給至油冷卻器。以往，來自冷凝器的剩余的液態制冷劑經由油冷卻器而返回到蒸發器，從而產生閃蒸氣體的無效的壓縮動力。然而，在本發明中，由于僅將作為噴射器的驅動用氣體而使用的高壓的制冷劑氣體導入到蒸發器，因此，能夠降低無效的壓縮動力。
[0014]根據本發明的優選方式，其特征在于，上述渦輪壓縮機由多級渦輪壓縮機構成，具備向多級渦輪壓縮機的多級壓縮級的中間部分供給制冷劑氣體的節能器，具備噴射器，該噴射器將上述節能器的制冷劑氣體作為驅動用氣體，從上述蒸發器的下部吸引液態制冷劑并使之向上述制冷劑管線流動。
[0015]根據本發明，通過將來自節能器的制冷劑氣體作為噴射器驅動源，能夠進一步降低無效壓縮動力，能夠有助于提高制冷機效率。即，由于節能器與蒸發器之間的差壓比冷凝器與蒸發器之間的差壓小，因此，能夠削減噴射器驅動氣體量即無效氣體量。
[0016]根據本發明的優選方式，其特征在于，上述噴射器的排出側與上述蒸發器的上部連接。由此，能夠將來自噴射器的制冷劑氣體導入到未充滿液態制冷劑的壓力較低的蒸發器的上部，因此，能夠降低噴射器的驅動力。
[0017]根據本發明的優選方式，其特征在于，具備控制閥，該控制閥設置于上述噴射器的入口側，對作為上述驅動用氣體的制冷劑氣體的流量進行控制。
[0018]根據本發明的優選方式，其特征在于，具備:溫度傳感器，其對上述油冷卻器的出口側的油的溫度進行測定；以及控制裝置，其基于由上述溫度傳感器測定出的上述油的溫度而對上述控制閥的開度進行控制。
[0019]根據本發明，利用溫度傳感器測定油冷卻器出口的供油溫度，并將測定值輸入至控制裝置。控制裝置以使得油冷卻器出口的供油溫度達到規定溫度(45°C?50°C)的方式對控制閥進行開閉控制。通過對設置于噴射器的一次側的該控制閥的開度進行控制，使噴射器的驅動壓力也可變，從而能夠將向油冷卻器供給的制冷劑量控制為適宜的量。由此，能夠將油冷卻器出口的供油溫度調整為規定溫度(45°C?50°C )。
[0020]根據本發明的優選方式，其特征在于，具備制冷劑泵，其從上述蒸發器的下部吸入液態制冷劑并使該液態制冷劑向上述制冷劑管線流動。
[0021]本發明中，作為從蒸發器向油冷卻器壓送液態制冷劑的單元，采用制冷劑泵取代噴射器。即，在從蒸發器的下部向油冷卻器延伸的制冷劑管線設置有制冷劑泵，將蒸發器的液態制冷劑向油冷卻器壓送，使該液態制冷劑在油冷卻器與潤滑油進行熱交換，然后使制冷劑氣體返回到蒸發器。根據本發明，由于未使用噴射器，因此，能夠進一步減少無助于制冷能力的無效氣體。
[0022]根據本發明的優選方式，其特征在于，上述制冷劑管線的下游端與上述蒸發器的上部連接。由此，能夠通過制冷劑泵的壓送而將制冷劑氣體導入到未充滿液態制冷劑的壓力較低的蒸發器的上部，因此，能夠降低制冷劑泵的驅動力。
[0023]根據本發明的優選方式，其特征在于，具備:變頻器(inverter)，其使上述制冷劑泵的旋轉速度為可變；溫度傳感器，其對上述油冷卻器的出口側的油的溫度進行測定；以及控制裝置，其基于由上述溫度傳感器測定出的上述油的溫度而對上述變頻器進行控制，以控制上述制冷劑泵的排出流量。
[0024]根據本發明，利用溫度傳感器測定油冷卻器出口的供油溫度