(57)【要約】【課題】  簡単な構造で、スクリュ圧縮機のシール、冷却および潤滑が十分に行えるスクリュ冷凍装置を提供する。【解決手段】  スクリュ冷凍装置１は、スクリュ圧縮機２、凝縮器３、主膨張弁４および蒸発器５で構成され、凝縮器３および蒸発器５における熱伝達効率の低下を実用上無視し得る程度に止める量の潤滑油を含む冷媒を循環させる循環流路Ｉと、スクリュ圧縮機２と凝縮器３の間で循環流路Ｉから分岐し、スクリュ圧縮機２の軸受け部７ａ，７ｂに冷媒を導入する潤滑流路IIと、凝縮器３と主膨張弁４の間で循環流路Ｉから分岐し、冷媒の流量を調整する絞り手段１０を介してスクリュ圧縮機２のロータ室６内に冷媒を導入する冷却流路IIIとを備える。【選択図】図１
2006313044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリュ圧縮機、凝縮器、主膨張弁および蒸発器が介設され、潤滑油を含む冷媒を循環させる循環流路と、
前記スクリュ圧縮機と前記凝縮器の間で前記循環流路から分岐し、前記スクリュ圧縮機内の軸受け部に前記冷媒を導入する潤滑流路と、
前記凝縮器と前記主膨張弁の間で前記循環流路から分岐し、絞り手段を介して前記スクリュ圧縮機内のロータ室に前記冷媒を導入する冷却流路とを備えることを特徴とするスクリュ冷凍装置。
【請求項２】
前記潤滑油の量は、前記凝縮器および前記蒸発器における前記冷媒の熱伝達効率の低下を実用上無視し得る程度に止める量であることを特徴とする請求項１に記載のスクリュ冷凍装置。
【請求項３】
前記絞り手段は、前記スクリュ圧縮機の吐出温度が設定した吐出圧力における前記冷媒の飽和温度以上、且つ、前記飽和温度＋１０℃以下になるように、開度が制御されることを特徴とする請求項１または２に記載のスクリュ冷凍装置。
【請求項４】
前記潤滑流路は、分岐点に設けられた気液分離器にて前記冷媒から分離された潤滑油を前記冷媒に随伴させて前記軸受け部に導入する流路であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスクリュ冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスクリュ圧縮機を用いたスクリュ冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スクリュ圧縮機と、凝縮器、主膨張弁および蒸発器で循環流路を構成するスクリュ冷凍装置が公知である。
【０００３】
従来のスクリュ圧縮機は、ロータ間およびロータとロータ室の内壁面との間のシール、圧縮に伴う昇温部の冷却、潤滑などの目的でロータ室内に油を注入している。このため、スクリュ圧縮機の吐出ガスから油を分離して冷却し、再びロータ室に注入するための複雑な付属設備が必要であった。
【０００４】
このような複雑な付属設備を必要としないスクリュ冷凍装置として、特許文献１には、図４に示すようなスクリュ冷凍装置２１が開示されている。スクリュ冷凍装置２１は、互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータを回転可能に収容した図示しないロータ室を有するスクリュ圧縮機２２、凝縮器２３、膨張弁２４および蒸発器２５が介設され、冷媒を循環させる循環流路IVと、凝縮器２３と膨張弁２４との間の循環流路IVから分岐し、絞り手段２６を介してスクリュ圧縮機２２に冷媒を導入するバイパス流路Ｖとを備える。
【特許文献１】特開２００４−２０５１９５号公報
【０００５】
このスクリュ冷凍装置２１において、バイパス流路Ｖに分岐した冷媒は、絞り手段２６を通過する過程で部分的に気化し、気液混合状態となってスクリュ圧縮機２２内のロータ室に導入される。そして、液状態の冷媒によってロータ間、ロータとロータ室の内壁面との間のシールおよび潤滑を行うとともに、液状態およびガス状態の冷媒によって、特に、液状態の冷媒が気化する際に周囲から気化熱を奪う作用によって、ロータ室内での冷媒の圧縮作業に伴う昇温部を冷却する。
【０００６】
特許文献１には、スクリュ圧縮機２２の軸受けの流体潤滑のために、バイパス流路Ｖから冷媒の一部を軸受け部分に導入してもよい旨が記載されている。さらに、特許文献１には、冷媒に、熱交換器の一種である凝縮器２３および蒸発器２５における熱伝達効率の低下を実用上無視し得る程度に止める範囲内の量の潤滑油を、すなわち、１〜３重量％程度の若干量の潤滑油を混入させてもよい旨が記載されている。
【０００７】
特許文献１に記載のスクリュ冷凍装置２１は、装置全体の構造の単純化、小型化およびメンテナンスの負担軽減などが可能になるという効果を奏し、非常に有用なものである。冷媒中の潤滑油は、ロータ室の内壁、ロータ表面および軸受けに付着して潤滑油の皮膜を形成するので、シールおよび潤滑の効果を高められる。しかしながら、バイパス流路Ｖから導入される液状の冷媒は、軸受けに形成された潤滑油の皮膜を洗い流してしまう作用をも有する。従って、冷媒に若干量の潤滑油を混入しても、軸受けの寿命を十分に延長できないおそれがあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、前記問題点に鑑みて、簡単な構造で、スクリュ圧縮機のシール、冷却および潤滑が十分に行えるスクリュ冷凍装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明によるスクリュ冷凍装置は、スクリュ圧縮機、凝縮器、主膨張弁および蒸発器が介設され、潤滑油を含む冷媒を循環させる循環流路と、前記スクリュ圧縮機と前記凝縮器の間で前記循環流路から分岐し、前記スクリュ圧縮機内の軸受け部に前記冷媒を導入する潤滑流路と、前記凝縮器と前記主膨張弁の間で前記循環流路から分岐し、絞り手段を介して前記スクリュ圧縮機内のロータ室に前記冷媒を導入する冷却流路とを備えるものとする。
【００１０】
この構成によれば、冷却の必要性の低いスクリュ圧縮機内の軸受け部には、スクリュ圧縮機の吐出直後の気相の冷媒の一部を分岐して導入するので、冷媒ガス中の潤滑油が軸受けの表面に付着して形成する油膜によって軸受けを潤滑でき、液相の冷媒が導入されることがないので、一度形成した油膜が洗い流されることもない。また、冷却の必要性が高いロータ室には、凝縮器で冷却された液層の冷媒の一部を分岐して気液混合状態の冷媒を導入するので、冷媒の気化熱でスクリュ圧縮機を十分に冷却することができる。
【００１１】
また、本発明のスクリュ冷凍装置において、前記潤滑油の量は、前記凝縮器および前記蒸発器における前記冷媒の熱伝達効率の低下を実用上無視し得る程度に止める量であってもよい。
【００１２】
熱交換器としての凝縮器および蒸発器の機能を阻害することなく、上述した、軸受けの潤滑を十分に行うことが可能であり、スクリュ圧縮機の冷却を十分に行うことも可能である。
【００１３】
また、本発明のスクリュ冷凍装置において、前記絞り手段は、前記スクリュ圧縮機の吐出温度が設定した吐出圧力における前記冷媒の飽和温度（凝縮温度または蒸発温度）以上、且つ、前記飽和温度＋１０℃以下になるように、開度が制御されてもよい。
【００１４】
この構成によれば、スクリュ圧縮機の軸受け部に導入される冷媒が、液相を含まず、且つ、軸受けが過熱する危険性のない低い温度範囲に保たれる。
【００１５】
また、本発明のスクリュ冷凍装置において、前記潤滑流路は、分岐点に設けられた気液分離器にて前記冷媒から分離された潤滑油を前記冷媒に随伴させて前記軸受け部に導入する流路であってもよい。好ましくは、前記気液分離器は、前記冷媒から遠心力で前記潤滑油を分離するサイクロンセパレータであるとよい。
【００１６】
この構成によれば、循環流路や冷却分岐路の冷媒よりも多くの潤滑油を含む冷媒をスクリュ圧縮機の軸受けに供給することができ、軸受けの潤滑が確実である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、軸受けに潤滑油を含む気相の冷媒を導入して確実なスクリュ圧縮機の潤滑ができ、ロータ室に液相の冷媒を導入して確実なスクリュ圧縮機の冷却ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態のスクリュ冷凍装置１のフローシートである。スクリュ冷凍装置１は、スクリュ圧縮機２と、凝縮器３と、主膨張弁４と、蒸発器５とを環状に接続した循環流路Ｉからなる。スクリュ圧縮機２は、雌雄１対のスクリュロータを備えるロータ室６と、スクリュロータを回転可能に支持する軸受けを収納した軸受け部７ａ，７ｂとを有し、スクリュロータを駆動するモータ８を有する。また、スクリュ冷凍装置１は、さらに、スクリュ圧縮機２と凝縮器３の間で循環流路Ｉから分岐して調節弁９を介して軸受け部７ａ，７ｂに接続する潤滑流路IIと、凝縮器３と主膨張弁４の間で循環流路Ｉから分岐して絞り弁１０を介してロータ室６に接続する冷却流路IIIとを備える。また、スクリュ冷凍装置１は、スクリュ圧縮機２の吐出直後の循環流路Ｉに温度センサ１１が設けられ、スクリュ圧縮機２から吐出される冷媒の温度が、吐出圧力における飽和温度以上で、飽和温度＋１０℃以下になるように絞り弁１０の開度が調節される。
【００１９】
続いて、以上の構成によるスクリュ冷凍装置１の作用を説明する。
スクリュ冷凍装置１は、スクリュ圧縮機２の吐出温度が上昇すると、絞り弁１０の開度を大きくし、冷却流路IIIからロータ室６内に低温の冷媒を多く導入してロータ室６を冷却する。逆に、スクリュ圧縮機２の吐出温度が低下すると、絞り弁１０の開度を小さくし、冷却流路IIIからロータ室６に導入する冷媒を少なくして冷却効果を抑制する。このため、スクリュ圧縮機２の吐出温度が飽和温度から飽和温度＋１０℃の間に制御されるので、潤滑流路IIに分岐される冷媒は、常に気相であるが、過剰に高温のガスにはならない。また、スクリュ冷却装置１に封入される冷媒は、熱交換器の一種である凝縮器３および蒸発器５における冷媒の熱伝達効率の低下を実用上無視し得る程度に止める範囲内の潤滑油、すなわち、冷媒に対しておよそ０．５〜３重量％の若干量、例えば２重量％の潤滑油を含んでいる。このため、潤滑流路IIに分流された気相の冷媒がスクリュ圧縮機２の軸受け部７ａ，７ｂに導入されると、冷媒中に含まれる潤滑油の油滴（ミスト）が軸受けに付着してゆき、軸受けを潤滑する潤滑膜（油膜）を形成する。軸受け部７ａ，７ｂに液相の冷媒が導入されると、一旦形成した潤滑膜を洗い流してしまうが、潤滑流路IIからは常に気相の冷媒が供給されるので、良好な潤滑膜が維持される。このため、軸受けは十分に潤滑され、長寿命である。また、潤滑流路IIから供給される冷媒は、飽和温度＋１０℃以下に制御されているので、軸受けが過熱して焼き付く心配もない。
【００２０】
一方、スクリュ圧縮機２のロータ室６は、潤滑やシールの必要があるとともに、冷媒の断熱圧縮による温度上昇によってスクリュロータやロータ室６が加熱しすぎないように冷却する必要性がある。冷却流路IIIからロータ室６に供給される冷媒は、凝縮器３で冷却された後で循環流路Ｉから分岐した液相の冷媒を絞り弁１０で流量制御した気液混合状態冷媒である。液相の冷媒は、ロータ室６内の熱を吸収して気化することで多くの熱を奪いロータ室６を効率よく冷却することができる。ロータ室６においては、液相の冷媒もすぐに気化するので、冷媒中の潤滑油がロータ表面やロータ室６の内壁に潤滑膜を形成する。液相の冷媒が形成した潤滑膜を洗い流すこともあるが、軸受けほど潤滑に対する要求は厳しくないので潤滑不良による問題は発生しにくい。
【００２１】
以上のように、本実施形態では、スクリュ圧縮機２の良好な冷却と良好な潤滑とが、簡単な構成で実現され、設備が安価で長寿命である。
【００２２】
続いて、図２に本発明の第２実施形態のスクリュ冷凍装置１’のフローシートを示す。
本実施形態は、循環流路Ｉと潤滑流路IIとの分岐点に、冷媒中のミスト状の潤滑油を分離する気液分離器の一種であり、遠心力を利用して潤滑油を分離するサイクロンセパレータ１２が設けられている点が第１実施形態と異なっている。
【００２３】
図３にサイクロンセパレータ１２の水平方向の断面を示して詳述する。サイクロンセパレータ１２は、垂直に設置される例えば口径が１５０Ａで長さ７００ｍｍのパイプからなり、両端が板で封止された外管１２ａと、例えば口径４０Ａのパイプからなり、一端が外管１２ａの内壁に沿って接線方向に外管１２ａの内部に開放する導入管１２ｂと、外管１２ａの封止された上端を貫通して一端が外管１２ａの内部の中程に下向きに開口する外管１２ａと同心の例えば導入管１２ｂと同じ口径のパイプからなる内管１２ｃとからなり、導入管１２ｂおよび内管１２ｃの外側の端部にはそれぞれフランジ１２ｄが設けられている。フランジ１２ｄによって、導入管１２ｂは、循環流路Ｉの上流側、つまり、スクリュ圧縮機２の吐出配管が接続され、内管１２ｃは、循環流路Ｉの下流側、つまり、凝縮器３に接続した配管が接続される。そして、サイクロンセパレータ１２の下端から分離した潤滑油を冷媒ガスと共に引き抜くドレン流路が、調節弁９を介してスクリュ圧縮機２の軸受け部７ａ，７ｂに接続された潤滑流路IIになっている。
【００２４】
スクリュ冷凍機１’内には、系全体として例えば０．５重量％程度の潤滑油を含む冷媒が封入される。スクリュ冷凍機１’では、サイクロンセパレータ１２で潤滑油を分離するので、サイクロンセパレータ１２のドレン流路である潤滑流路IIの冷媒は、第１実施形態と同様の２重量％以上の潤滑油を随伴する。この冷媒が軸受け部７ａ，７ｂに導入されることで、冷媒中の潤滑油によって軸受けに潤滑膜を形成して軸受けを潤滑する。循環流路II内に限っては、潤滑油による冷媒の熱的特性が損なわれてもスクリュ冷凍装置１’全体の能力に影響がないので、サイクロンセパレータ１２の内管１２ｃから出た冷媒は僅かな潤滑油しか含まないようにしながら、循環流路II内の冷媒はより多くの潤滑油を含むようにしてもよい。スクリュ冷凍機１’は、循環流路Ｉを循環する潤滑油量が少ないので、潤滑油によって冷媒の熱効率が低下する心配がなく、循環流路II内の冷媒が多くの潤滑油を含むので、管壁への潤滑油の付着などで軸受け部７ａ，７ｂにおける潤滑油が不足する危険も小さい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態のスクリュ冷凍装置のフローシート。
【図２】本発明の第２実施形態のスクリュ冷凍装置のフローシート。
【図３】図２のスクリュ冷凍装置のサイクロンセパレータの断面図。
【図４】公知のスクリュ冷凍装置のフローシート。
【符号の説明】
【００２６】
１  スクリュ冷凍装置
１’  スクリュ冷凍装置
２  スクリュ圧縮機
３  凝縮器
４  主膨張弁
５  蒸発器
６  ロータ室
７ａ  軸受け部
７ｂ  軸受け部
８  モータ
９  調節弁
１０  絞り弁（絞り手段）
１１  温度センサ
１２  サイクロンセパレータ（気液分離器）
Ｉ  循環流路
II  分岐流路
III  冷却流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006313044.tif 000005
【図４】
2006313044.tif 000006