涡轮压缩机以及制冷机的制作方法

专利名称：涡轮压缩机以及制冷机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够借助多个叶轮压缩流体的涡轮压缩机以及具有 该涡轮压缩才几的制冷才几。
本申请基于2008年2月6日于日本申请的特愿2008-27069号主张优 先权，并在此引用其内容。
背景技术：
作为冷却或者冷冻水等的冷却对象物的制冷机，已知具有涡轮压缩机 的涡轮制冷机等，该涡轮压缩机借助具有叶轮等的压缩机构来压缩并排出 冷却介质。
在压缩机中，若压缩比变大则压缩机的排出温度提高且容积效率降 低。因此在上述那样的涡轮制冷机等所具有的涡轮压缩机中，存在分开多 级而进行冷却介质的压缩的情况。例如，特开2007-177695号公报所公开 的涡轮压缩机，具备两个具有叶轮和扩散器的压缩级，借助这些压缩级依 次压缩冷却介质。
此外，在这样的涡轮压缩机中，设置有贮留被供给至压缩机构的滑动 部位的润滑油的油容器。在该油容器中，为了回收被供给至滑动部位的润 滑油，需要将内部压力设定为比滑动部位所位于的空间的压力低而形成压 力梯度。
因此，以往通过配管(均压管)直接地连接油容器和压缩机构的吸入 口，使油容器内与压力最低的PAA口为相同的压力，从而使油容器内为负 压而进行润滑油的回收。
但是在上述那样的以往的渴轮压缩机中存在以下问题。 即，因为通过均压管直接地连接油容器和压缩机的吸入口，所以若使 压缩机工作则随着该压缩机的气体的吸引，油容器内被急剧地减压，溶入 在润滑油内的冷却介质气体等的气体气化而发生油起泡(发泡)。由此， 充满在油容器内的油雾经由均压管流入至吸入口，所以除了使润滑油减少 而不能向滑动部位供给充分的量之外，油雾混进被55^至压缩机的气体中 而使压缩特性恶化。

发明内容
本发明是鉴于这样的课题而完成的，目的在于提供一种涡轮压缩机以 及制冷机，能够使油容器为负压而回收润滑油，并且能够防止润滑油的减 少以及压缩特性的恶化。
为了解决上述课题，本发明提出以下的方案。
即，本发明的涡轮压缩机，相对于气体流路直列地配置有多级具有绕 轴线旋转的叶轮的压缩机构，并且具有能够将润滑油供给至上述压缩机构 的滑动部位的油容器，吸引上述流路的气体而依次进行压缩，其特征为，
间，设置有将该中继空间和上述油容器连接为连通状态的均压管。
根据这样的特征的涡轮压缩机，压缩机构的上游侧的流路即压力最低
的空间经由间隙、中继空间以及均压管与油容器内连通。由此，使油容器
内的压力为负压，所以能够进行润滑油的回收。
此外，在油雾经由均压管到达中继空间时，因为仅通过微小的间隙连
接该中继空间和压缩机构的两流侧的流路，所以能够使油雾滞留在中继空
间，能够防止油雾混进压缩机构。
此外，本发明的涡轮压缩机的特征为，上述中继空间为以上述轴线为
中心的圆环状，并且上述中继空间中的上述均压管的开口端朝向该圆环的
切线方向。
由此，经由均压管到达中继空间的油雾能够沿着呈圆环状的中继空间 的切线方向排出，能够在中继空间内产生沿着圆环的旋转流。从而能够利 用由该旋转流导致的离心力而使油雾滞留在中继空间的外周部，因此能够 可靠地防止油雾从间隙泄漏到流路中。
进而，本发明的涡轮压缩机的特征为，在上述中继空间中的上述间隙 与上述均压管的开口端之间设置有阻隔板。
由此，能够更可靠地防止从均压管排出到中继空间的油雾到达间隙而 泄漏至压缩机构侧。
此外，本发明的涡轮压缩机的特征为，在上述压缩机构的上游侧的上 述流路上设置有调节上述压缩机构的吸入容量的流量调节机构，该流量调 节机构的驱动部被收纳在上述中继空间内。
由此，流量调节机构的驱动部因为在存在有油雾的环境中进行驱动，所以能够实现该驱动部的长寿命化。
本发明的制冷机具有对被压缩了的冷却介质进行冷却液化的冷凝 器、使被液化了的上述冷却介质蒸发而从冷却对象物带走气化热从而冷却 上述冷却对象物的蒸发器、将在上述蒸发器中蒸发的上述冷却介质压缩并 供给至上述冷凝器的压缩机，其特征为，作为上述压缩机，具有上述任意 一个涡轮压缩机。
根据这样特征的制冷机，获得与上述涡轮压缩机相同的作用、效果。 根据本发明的涡轮压缩机以及制冷机，使中继空间夹在压缩机构的上 游侧的流路与油容器内之间，从而能够使油雾滞留在该中继空间中，所以 能够防止由于油雾向压缩机构的混入而导致的压缩特性的恶化，并且能够 通过抑制润滑油的减少而向滑动部位供给充分的量的润滑油。


图l是表示本发明的第一实施方式的涡轮制冷机的概略构成的框图。 图2是本发明的第一实施方式中的涡轮制冷机所具备的涡轮压缩机 的垂直剖面图。
图3是图2的要部放大图。
具体实施例方式
以下，参照

本发明的涡轮压缩机以及制冷机一实施方式。另外， 在以下附图中为了能够最大程度地识别各部件，适宜地变更了各部件的比例 尺。
图1是表示本实施方式中的涡轮制冷机S(制冷机)的概略构成的框图。
本实施方式中的涡轮制冷机s，例如为了生成空调用的冷却水而祐:设置
在大楼或工厂中，如图1所示具有冷凝器1、预热器2、蒸发器3、涡轮压缩 机4。
冷凝器l,向其供给在气体状态下纟皮压缩的作为冷却介质(流体)的压 缩冷却介质气体X1，借助冷却液化该压缩冷却介质气体X1而形成冷却介质 液体X2。该冷凝器1如图1所示，经由压缩冷却介质气体XI所流通的流路 Rl与涡轮压缩机4连接，经由冷却介质液体X2所流通的流路R2与预热器2 连接。另外，在流路R2上配置有用于减压冷却介质液体X2的膨胀阀5。
5预热器2暂时地贮留借助膨胀阀5被减压的冷却介质液体X2。该预热 器2经由冷却介质液体X2所流通的流路R3与蒸发器3连接，经由在预热器 2中产生的冷却介质的气相成分X3所流通的流路R4与涡轮压缩机4连接。 另外，流路R3配置有用于进一步减压冷却介质液体X2的膨胀阀6。此外， 流路R4与涡轮压缩机4连接，以便将气相成分X3供给至涡轮压缩机4所具 备的后述的第2压缩级22。
蒸发器3使冷却介质液体X2蒸发，从水等的冷却对象物带走气化热从 而冷却冷却对象物。该蒸发器3经由借助蒸发冷却介质液体X2产生的冷却 介质气体X4所流通的流路R5与涡轮压缩机4连接。另外，流路R5与涡轮 压缩机4所具备的后述的第1压缩级21连接。
涡轮压缩机4压缩冷却介质气体X4而形成上述压缩冷却介质气体XI。
该涡轮压缩机4如上所述，经由压缩冷却介质气体XI所流通的流路Rl 与冷凝器1连接，经由冷却介质气体X4所流通的流路R5与蒸发器3连接。
在如此构成的涡轮制冷机S中，经由流路Rl被供给至冷凝器1的压缩 冷却介质气体XI被冷凝器1液化冷却而形成冷却介质液体X2。
冷却介质液体X2在经由流路R2被供给至预热器2时被膨胀阀5减压， 在被减压的状态下被暂时地贮留在预热器2中，之后在经由流路R3被供给 至蒸发器3时被膨胀阀6进一步减压，在被进一步减压的状态下被供给至蒸 发器3。
此外，被供给至蒸发器3的冷却介质液体X2被蒸发器3蒸发而成为冷 却介质气体X4，并经由流路R5被供给至涡轮压缩机4。
被供给至涡轮压缩机4的冷却介质气体X4被涡轮压缩机4压缩而形成 压缩冷却介质气体Xl,经由流路R1被再次供给至冷凝器1。
另外，在冷却介质液体X2被贮留在预热器2时产生的冷却介质的气相 成分X3经由流路R4被供给至渴轮压缩机4,与冷却介质气体X4 —起被压缩 而形成压缩冷却介质气体X1，并经由流路R1被供给至冷凝器1。
并且，在这样的涡轮制冷机S中，在借助蒸发器3蒸发冷却介质液体 X2时从冷却对象物带走气化热从而进行冷却对象物的冷却或者冷冻。
接着，更详细地说明作为本实施方式的特征部分的上述涡轮压缩机4。 图2是涡轮压缩机4的垂直剖面图。此外，图3是放大了涡轮压缩机4所 具有的压缩机单元20的垂直剖面图。
如这些图所示，本实施方式中的涡轮压缩机4具有马达单元10、压缩机单元20、齿轮单元30。
马达单元IO，具有马达12,具有绕轴线O旋转的输出轴11，是用于 驱动压缩机单元20的驱动源；马达壳体13，包围该马达12并且支承上述马 达12。
另外，马达12的输出轴11借助固定在马达壳体13上的第1轴承14 和第2轴承15而被能够旋转地支承。
此外，马达壳体13具有支承涡轮压缩机4的脚部13a。
并且，脚部13a的内部形成为中空状，作为回收且贮留被供给至涡轮压 缩机4的滑动部位的润滑油的油容器40而被使用。
压缩单元20如图3详细地所示，具有第l压缩级(压缩机构)21， 吸入并压缩冷却介质气体X4 (参照图1);第2压缩级(压缩机构)22，进 一步压缩被第1压缩级21压缩的冷却介质气体X4而形成为压缩冷却介质气 体X1 (参照图1)而排出。
第1压缩级21具有第l叶轮21a(叶轮)，对从推力方向供给的冷却 介质气体X4提供速度能量，并将其向径向方向排出；第l扩散器21b(扩散 器)，将借助第1叶轮21a提供给冷却介质气体X4的速度能量转换为压力能 量而进行压缩；第1涡旋室21c,将被第1扩散器21b压缩的冷却介质气体 X4导出至第l压缩级21的外部；^L^口 21d，吸入冷却介质气体X4并将其 供给至第l叶轮21a。
另外，第l扩散器21b、第l涡旋室21c以及级人口 21d的局部由包围 第1叶轮21a的第1壳体21e形成。
第1叶轮21a固定在旋转轴23上，旋转轴23从马达U的输出轴11 接受旋转动力的传递而旋转，从而第l叶轮21a绕着轴线0被驱动旋转。
第1扩散器21b环状地配置在第1叶轮21a的周围。并且在本实施方式 的涡轮压缩机4中，第l扩散器21b是具备多个扩散器叶片21f的带叶片的 扩散器，使第1扩散器21b中的冷却介质气体X4的旋转速度降低而将速度
能量高效率地转换为压力能量。
此外，在笫l压缩级21的吸入口 21d上设置多个用于调节第l压缩级 21的吸入容量的进气引导叶片21g。
各个进气引导叶片21g，能够在驱动机构21i的作用下旋转，以使从冷 却介质气体X4的流动方向看的面积能够变更。
并且，在位于第一压缩级21中的第一叶轮21a以及其上游侧的吸入口
721d的外周部，借助第一壳体21e区划形成有呈以轴线O为中心的圆环状的 中继空间21h。在该中继空间21h的内部，收納有上述进气引导叶片21g的 驱动4几构21 i。
此外，该中继空间21h为经由微小的间隙21j与^^口 21d连通的状态， 从而使中继空间21h和吸入口 21d的压力总是相同。
此外如图2以及3所示，中继空间21h借助均压管90与上述油容器40 连接。均压管90是使油容器40的内部与中继空间21h成为连通状态的部件， 从而油容器40内和中继空间21h总是保持为相同的压力。
此外，该均压管90的位于中继空间21h中的开口端90a朝向呈圓环状 的中继空间21h的该圃环的切线方向而配置。
进而在中继空间21h内设置有从间隙21 j附近向轴线O的径方向外侧伸 出的阻隔板21k。从而间隙21j和均压管90的开口端以不直接相对的方 式隔开。
第2压缩级22具有第2叶轮22a，对被第1压缩级21压缩且从推力 方向被供给的冷却介质气体X4提供速度能量并将其向径向方向排出；第2 扩散器22b(扩散器)，将借助第2叶轮22a(叶轮)提供给冷却介质气体X4 的速度能量转换为压力能量而进行压缩，形成压缩冷却介质气体XI而排出； 第2涡旋室22c，将从第2扩散器22b排出的压缩冷却介质气体XI导出至第 2压缩级22的外部；导入涡旋室22d,将被第1压缩级21压缩的冷却介质 气体X4导入至第2叶轮22a。
另外，第2扩散器22b、第2涡旋室22c以及导入涡旋室22d的局部由 包围第2叶轮22a的第2壳体22e形成。
第2叶轮22a以与第1叶轮21a背面相对的方式固定在上述旋转轴23 上，旋转轴23从马达12的输出轴11接受旋转动力的传递而绕轴线0旋转， 从而该第2叶轮22a被旋转驱动。
第2扩散器22b环状地配置在第2叶轮22a的周围。并且在本实施方式 的涡轮压缩机4中，第2扩散器22b是没有叶片的扩散器，不具有使第2扩 散器22b中的冷却介质气体X4的旋转速度降低而将速度能量高效率地转换 为压力能量的扩散器叶片。
第2涡旋室22c与用于将压缩冷却介质XI供给至冷凝器1的流路Rl 连接，从第2压缩级22导出的压缩冷却介质气体X1净皮供给至流路R1。
另外，第1压缩级21的第l涡旋室21c和第2压缩级的导入涡旋室22d、经由与第l压缩级21以及第2压缩级22分体地设置的外部配管(未图示) 连接，经由该外部配管将借助第1压缩级21压缩的冷却介质气体X4供给至 第2压缩级22。在该外部配管上连接有上述的流路R4 (参照图1)，构成为 将在预热器2中产生的冷却介质的气相成分X3经由外部配管被供给至第2 压缩级22。
此外旋转轴23借助第3轴承24和第4轴承25被能够旋转地支承，第 3轴承24在第1压缩级21和第2压缩级22之间的空间50中被固定在第2 压缩级22的第2壳体22e上，第4轴承25在马达单元10侧被固定在第2 壳体22e上。
齿轮单元30是用于将马达12的输出轴11的旋转动力传递至旋转轴23 的部件，收纳在由马达单元10的马达壳体13和压缩机单元20的第2壳体 22e形成的空间60中。
该齿轮单元30包括固定在马达12的输出轴11上的大径齿轮31和被固 定在旋转轴23上且与大径齿轮31啮合的小径齿轮32，以旋转轴23的转速 相对于输出轴11的转速增加的方式将马达12的输出轴11的旋转动力传递 至旋转轴23。
此外，涡轮压缩机4具有润滑油供给装置70,将贮留在油容器40中的 润滑油供给至轴承(第1轴承14、第2轴承15、第3轴承24、第4轴承25 )、 叶轮(第l叶轮21a、第2叶轮22a)与壳体(第1壳体ne、第2壳体"e) 之间、以及齿轮单元30等的滑动部位。另外在附图中润滑油供给装置"70仅 仅图示了局部。
此外，配置有第3轴承24的空间50和收纳有齿轮单元30的空间60， 借助形成在第2壳体22e上的贯通孔80连接，进而空间60与油容器40连 接。因此，被供给至空间50、 60且从滑动部位流下的润滑油被回收至油容 器40。
接着，说明这样地构成的本实施方式的涡轮压缩机4的动作。
首先，借助润滑油供给装置70从油容器40向涡轮压缩机4的滑动部位
供给润滑油，之后马达12被驱动。并且马达12的输出轴11的旋转动力经
由齿轮单元30被传递至旋转轴23，由此压缩机单元20的第1叶轮Ha和第
2叶轮22a被驱动旋转。
若第l叶轮21a净皮驱动旋转，则第l压缩级21的吸入口 21d变为负压
状态，来自流路R5的冷却介质气体X4经由吸入口 21d流入至第l压缩级21。流入至第l压缩级21的内部的冷却介质气体X4从推力方向流入至第1 叶轮21a，被第l叶轮21a提供速度能量而向径向方向排出。
从第1叶轮21a排出的冷却介质气体X4通过借助第l扩散器21b将速 度能量转换为压力能量而被压缩。在此，在本实施方式中的涡轮压缩机4中， 因为第l扩散器21b是带叶片的扩散器，所以能够借助冷却介质气体X4与 扩散器叶片21f碰撞而将冷却介质气体X4的旋转速度急剧减小而将速度能 量被高效率地转换为压力能量。
从第l扩散器21b排出的冷却介质气体X4经由第l涡旋室21c被导出 至第1压缩级21的外部。
并且，被导出至第l压缩级21的外部的冷却介质气体X4经由外部配管 被供给至第2压缩级22。
净皮供给至第2压缩级22的冷却介质气体X4经由导入涡旋室22d从推力 方向流入至第2叶轮22a,被第2叶轮22a提供速度能量而向径向方向排出。
从第2叶轮22a排出的冷却介质气体X4，通过借助第2扩散器22b将 速度能量转换为压力能量而进一步被压缩，成为压缩冷却介质气体X1。
从第2扩散器22b排出的压缩冷却介质气体Xl经由第2涡旋室22c被 导出至第2压缩级22的外部。
并且，被导出至第2压缩级22的外部的压缩冷却介质气体XI经由流路
Rl被供给至冷凝器1。
根据以上这样的本实施方式中的涡轮压缩机4，位于第一叶轮21a的上 游侧的吸入口 21d成为经由间隙21j、中继空间21h以及均压管90与油容器 40内连通的状态，因此吸入口 21d和油容器40的内部的压力相等。从而， 若第一叶轮21a净皮旋转驱动而吸入口 21d变为负压状态，则油容器40的内 部也同样变为负压状态。
因此，从供给有润滑油的空间50、 60流下的润滑油向为负压状态的油 容器40移动，从而能够容易地将该润滑油回收至油容器40。
另一方面，在为负压状态的油容器40中，溶入至润滑油内的气体随着 急剧地减压而气化而发生油起泡(发泡)，充满在油容器40内的油雾经由均 压管90流入至中继空间21h，因为连接该中继空间21h与^v口 21d的仅为 狭小的间隙21j，所以能够使油雾滞留在中继空间21h中。
因此，因为油雾不会泄漏至吸入口 21d而不会混入第一叶轮21a，所以 能够防止由于第一压缩级中的油雾的混入而导致的压缩特性的恶化。进而，因为抑制了润滑油的减少，所以能够向滑动部位持续地供给充分量的润滑 油。
此外，在本实施方式中，中继空间21h呈以轴线0为中心的圃环状，进 而位于中继空间21h中的均压管90的开口部90a朝向该圓环的切线方向， 所以经由均压管90a到达至中继空间21h的油雾向着呈圓环状的中继空间 21h的切线方向排出。
由此能够在中继空间21h内产生沿着圃环的旋转流(参照图3箭头)， 能够利用该旋转流的离心力而使油雾滞留在中继空间21h外周部，因此能够 可靠地防止油雾泄漏至吸入口 21d。
进而在中继空间21h内，在间隙21j与均压管90的开口端90a之间 设置有阻隔板21k，所以油雾受到该阻隔板21k的阻碍而不能到达间隙 21j，因此能够更可靠地防止其泄漏至吸入口 21d。
此外，进气引导叶片21g的驱动部21i收纳在中继空间21h内，因为 该驱动部21i在存在有油雾的环境中进行驱动，所以能够实现该驱动部 21i的长寿命化。
另夕卜，借助该构成而被回收的滞留在中继空间2lh内的润滑油，利用 未图示的泵或者喷射器等的辅助装置而返回至油容器40内。
以上，参照

了本发明的涡轮压缩机以及制冷机的优选实施方 式，但是本发明显然并不限定于上述实施方式。在上迷实施方式中所示的各 个构成部件的形状或组合等为一例，能够在不脱离本发明的主旨的范围中根 据设计要求等进行各种各样的变更。
例如在上述实施方式中说明了具有两个压缩级(第l压缩级21以及第 2压缩级22)的结构，但是并不限定与此，也可以采用具有三个以上压缩级 的结构。
此外在上述实施方式中说明了涡轮压缩机用于生成空调用的冷却水而 净皮设置在大楼或工厂的情况。
但是本发明并不限定于此，也可以适用于家庭用或商务用的水箱或者冷 库、家庭用的空调装置。
此外在上述第1实施方式中说明了使第1压缩级21所具有的第l叶轮 21a和第2压缩级22所具有的第2叶轮22a为背面相对的构成。
但是本发明并不限定于此，也可以构成为第1压缩级21所具有的第1 叶轮21a的背面和第2压缩级22所具有的第2叶轮22a的背面朝向相同的
ii方向。
此外在上述第1实施方式中说明了分别设置有马达单元10、压缩单元 20、齿轮单元30的涡轮压缩机。
但是本发明并不限定于此，例如也可以采用马达配置在第1压缩级和第 2压缩级之间的构成。
权利要求
1. 一种涡轮压缩机，相对于气体流路直列地配置有多级具有能够绕轴线旋转的叶轮的压缩机构，并且具有能够将润滑油供给至上述压缩机构的滑动部位的油容器，吸引上述流路的气体而依次进行压缩，其特征为，划分形成有经由间隙与上述压缩机构的上游侧的上述流路连通的中继空间，设置有将该中继空间和上述油容器连接为连通状态的均压管。
2. 如权利要求1所述的涡轮压缩机，其特征在于， 上述中继空间呈以上述轴线为中心的圆环状，并且上述中继空间中的上述均压管的开口端朝向该圓环的切线方向。
3. 如权利要求1所述的涡轮压缩机，其特征在于， 在上述中继空间中的上述间隙与上述均压管的开口端之间设置有阻隔板。
4. 如权利要求1所述的涡轮压缩机，其特征在于， 在上述压缩机构的上游侧的上述流路上设置有调节上述压缩机构的吸入容量的流量调节机构，该流量调节机构的驱动部被收纳在上述中继空 间内。
5. —种制冷机，具有对被压缩了的冷却介质进行冷却液化的冷凝器、使被液化了的上述冷却介质蒸发而从冷却对象物带走气化热从而冷 却上述冷却对象物的蒸发器、将在上述蒸发器中蒸发的上述冷却介质压缩并供给至上述冷凝器的 压缩机，该制冷才几的特征为，作为上述压缩机，具有权利要求1至4的任意一项所述的涡轮压缩机。
全文摘要
一种涡轮压缩机，相对于气体流路直列地配置有多级具有能够绕轴线旋转的叶轮的压缩机构，并且具有能够将润滑油供给至上述压缩机构的滑动部位的油容器，吸引上述流路的气体而依次进行压缩，其特征为，划分形成有经由间隙与上述压缩机构的上游侧的上述流路连通的中继空间，设置有将该中继空间和上述油容器连接为连通状态的均压管。
文档编号F04D17/12GK101504002SQ20091000382
公开日2009年8月12日 申请日期2009年2月6日 优先权日2008年2月6日
发明者杉谷宗宁 申请人:株式会社Ihi