(57)【要約】【課題】フォーミング現象に対応しつつ、従来に比べて油タンクの容量を小さくすることが可能な冷凍機を提供することを目的とする。【解決手段】冷凍機は、モータによって駆動する圧縮機構を有する電動圧縮機と、凝縮器と、蒸発器を備え、冷媒が循環する冷凍サイクルと、潤滑油が貯留された油タンク２３と、油タンク２３の内部に設置され、潤滑油を加熱するヒータ２７と、油タンク２３に接続されて、油タンク２３からモータを収容するハウジング内部へ潤滑油を供給する潤滑油供給ライン２２と、ハウジングから油タンク２３へ潤滑油を戻す潤滑油排出ライン２５と、一端が油タンク２３に接続されて、他端が冷凍サイクルと接続される均圧管２９と、均圧管２９に設置され、油タンク２３から流出する冷媒及び潤滑油を受け入れ、潤滑油を貯留するバッファタンク２８とを備える。【選択図】図３
2018004142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータによって駆動する圧縮機構を有する電動圧縮機と、凝縮器と、蒸発器を備え、冷媒が循環する冷凍サイクルと、
潤滑油が貯留された油タンクと、
前記油タンクの内部に設置され、前記潤滑油を加熱するヒータと、
前記油タンクに接続されて、前記油タンクから前記モータを収容するハウジング内部へ前記潤滑油を供給し、前記ハウジングから前記油タンクへ前記潤滑油を戻す油循環管と、
前記油循環管とは別に一端が前記油タンクに接続されて、他端が前記冷凍サイクルと接続される均圧管と、
前記均圧管に設置され、前記油タンクから流出する前記冷媒及び前記潤滑油を受け入れ、前記潤滑油を貯留するバッファタンクと、
を備える冷凍機。
【請求項２】
一端が前記バッファタンクに接続され、前記均圧管とは別に他端が前記油タンクに接続されて、前記バッファタンクに貯留された前記潤滑油を前記油タンクへ戻す戻し管を更に備える請求項１に記載の冷凍機。
【請求項３】
前記戻し管が前記油タンクと接続される位置は、前記油タンクにおいて前記油循環管が接続される位置の近傍である請求項２に記載の冷凍機。
【請求項４】
前記油タンクは、仕切板によって仕切られて、前記ハウジングから戻される前記潤滑油が流入する分離領域と、前記ハウジングへ前記潤滑油が供給される排出領域に分けられている請求項１から３のいずれか１項に記載の冷凍機。
【請求項５】
分離領域には、前記油タンクに貯留された前記潤滑油の流れを上部から下部、又は、下部から上部に向ける流れ形成板が設置される請求項４に記載の冷凍機。
【請求項６】
前記仕切板は、前記油タンクの底面から離隔して設置される請求項４に記載の冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ターボ冷凍機に設置されるターボ圧縮機は、圧縮機構、増速機構などから構成される。ターボ圧縮機が安定して運転するためには、圧縮機構の羽根車を支持する軸受や、増速機構の歯車などに対して潤滑油が適切に供給され続ける必要がある。潤滑油系統は、油タンク、油ポンプを備え、油タンクに貯蔵された潤滑油が、油ポンプによってターボ圧縮機の軸受や歯車などへ供給される。軸受や歯車へ供給された潤滑油は、油タンクへ戻され、潤滑油系統を繰り返し循環する。
【０００３】
圧縮機構において、冷媒系統と潤滑油系統は完全に独立していないため、潤滑油の中に冷媒が溶け込んでいる。潤滑油は、冷媒が溶け込むと、粘度が低下することから、油タンクでの冷媒の溶け込み量を少なくするため、油タンク内は低圧で維持される。そのため、油タンクには、例えば冷媒系統の低圧部分（例えば蒸発器や圧縮機吸込み口）と連通する均圧管が接続される。
【０００４】
下記の特許文献１では、ターボ冷凍機の起動時に、油タンク内の圧力が低下して、潤滑油に溶け込んだ冷媒がガス化してフォーミングすることから、起動時に、ターボ圧縮機を通過する冷媒の容量を制御する吸入容量制御部を目標開度にする技術が開示されている。また、下記の特許文献２では、一端が油タンクに接続される均圧管の他端を、蒸発器ではなく、エコノマイザに接続して、油タンク内圧とエコノマイザ内圧を均圧にする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１８６０３０号公報
【特許文献２】特開２００９−２９３９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
冷媒系統と連通している油タンクは、冷媒系統の圧力が下がるターボ冷凍機の起動時や過渡時において、内部の圧力が低下する。ここで、過渡時とは、例えば、ターボ冷凍機の出力を下げる場合など運転状態を変更するときである。油タンク内部の圧力が低下するなど、潤滑油系統内の圧力が低下すると、潤滑油に溶け込んでいた冷媒が飽和状態を超えて溶けきれなくなり、冷媒ガスが発生して潤滑油が泡立つフォーミング現象が起きる。
【０００７】
フォーミング現象が生じた油タンク内では、フォーミング現象が発生していない通常時に比べて、油面が上昇する。また、フォーミング現象が生じると、潤滑油系統において軸受や歯車などに対して供給可能な潤滑油の給油量が減少する。低圧冷媒（例えばR1233zdなど）の場合、高圧冷媒（例えばR134aなど）と比べて、冷媒ガス比容積が大きいため、フォーミング現象において発生するガス体積量も多い。そのため、低圧冷媒では、油面の上昇や給油量の減少について、通常時との差が一層大きくなる。
【０００８】
油タンクに接続される均圧管は、油タンクの上部に接続されるが、フォーミング時の油面上昇によって、均圧管内にフォーミングした潤滑油が流入し、潤滑油が、均圧管の接続先の蒸発器等へ流れてしまうおそれがある。そこで、従来、フォーミング時の油面上昇に対応するため、油タンクの高さを高くすることが行われている。
【０００９】
また、フォーミング時に油ポンプが冷媒ガスを吸い込まないように、油タンクの深さを深くしつつ、油ポンプを油タンクの底面に配置することによって、フォーミング発生時の油面と油ポンプの位置を離すことも行われている。
【００１０】
いずれの場合も、油タンクの高さ方向のサイズを大きくする必要があり、フォーミング現象に対応するために油タンクの容量を大きく設定しておかなければならない。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、フォーミング現象に対応しつつ、従来に比べて油タンクの容量を小さくすることが可能な冷凍機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の冷凍機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る冷凍機は、モータによって駆動する圧縮機構を有する電動圧縮機と、凝縮器と、蒸発器を備え、冷媒が循環する冷凍サイクルと、潤滑油が貯留された油タンクと、前記油タンクの内部に設置され、前記潤滑油を加熱するヒータと、前記油タンクに接続されて、前記油タンクから前記モータを収容するハウジング内部へ前記潤滑油を供給し、前記ハウジングから前記油タンクへ前記潤滑油を戻す油循環管と、前記油循環管とは別に一端が前記油タンクに接続されて、他端が前記冷凍サイクルと接続される均圧管と、前記均圧管に設置され、前記油タンクから流出する前記冷媒及び前記潤滑油を受け入れ、前記潤滑油を貯留するバッファタンクとを備える。
【００１３】
この構成によれば、圧縮機構を駆動するモータがハウジングに収容されており、潤滑油が、油タンクからハウジングへ供給されることによって、潤滑油は、モータの回転軸を支持する軸受等を潤滑させることができる。また、油タンクには、均圧管の一端が接続され、均圧管の他端は、冷凍サイクルと接続されることから、冷凍サイクルとの接続部分の圧力と油タンク内の圧力がほぼ等しくなる。冷凍サイクルにおいて均圧管が接続される部分は、例えば蒸発器や圧縮機吸込口など冷凍サイクルにおいて圧力が低い部分である。
さらに、油タンクから流出した冷媒及び潤滑油は、均圧管を介して、バッファタンクへ供給され、バッファタンクに一時的に貯留される。これにより、油タンク内部でフォーミングが発生し、冷媒及び潤滑油が油タンクから流出したとしても、潤滑油がバッファタンクに貯留され、冷凍サイクルへは流れず、冷媒のみが冷凍サイクルへ向かう。
【００１４】
上記発明において、一端が前記バッファタンクに接続され、前記均圧管とは別に他端が前記油タンクに接続されて、前記バッファタンクに貯留された前記潤滑油を前記油タンクへ戻す戻し管を更に備えてもよい。
【００１５】
この構成によれば、バッファタンクには、戻し管の一端が接続され、戻し管の他端は、油タンクと接続されて、バッファタンクに貯留された潤滑油が、油タンクへ戻される。これにより、油タンクから流出してバッファタンクに溜まった潤滑油は、冷媒サイクルへ流れずに、油タンクへ戻される。
【００１６】
上記発明において、前記戻し管が前記油タンクと接続される位置は、前記油タンクにおいて前記油循環管が接続される位置に近い側でもよい。
【００１７】
この構成によれば、バッファタンクから戻される潤滑油は、油タンクにおいて、油循環管が接続される位置の近傍に戻されるため、バッファタンクから戻される潤滑油は、油タンク２３内でフォーミングが発生した場合でも、フォーミングの影響を受けていない潤滑油と混合される。
【００１８】
上記発明において、前記油タンクは、仕切板によって仕切られて、前記ハウジングから戻される前記潤滑油が流入する分離領域と、前記ハウジングへ前記潤滑油が供給される排出領域に分けられてもよい。
【００１９】
この構成によれば、分離領域に冷媒が溶け込んだ潤滑油が供給され、分離領域において冷媒が溶け込んだ潤滑油が、潤滑油と冷媒とに分離される。そして、分離された潤滑油は、分離領域から排出領域へ供給されて、ハウジング内部へ供給される。分離領域と排出領域は、仕切板で仕切られていることから、分離領域において、油タンクへ流入した潤滑油が、潤滑油と冷媒の違いや閉鎖空間を利用して、効率的に分離される。また、分離領域でフォーミング現象が発生したとしても、排出領域へ泡立った潤滑油が流入することを防止できる。
【００２０】
上記発明において、分離領域には、前記油タンクに貯留された前記潤滑油の流れを上部から下部、又は、下部から上部に向ける流れ形成板が設置されてもよい。
【００２１】
この構成によれば、貯留された潤滑油内で上部から下部へ向かう流れや、反対に下部から上部へ向かう流れが形成される。
【００２２】
上記発明において、前記仕切板は、前記油タンクの底面から離隔して設置されてもよい。
【００２３】
この構成によれば、冷媒が溶け込んだ潤滑油が分割領域内の底部に滞留することなく、下流側へ流れていく。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、フォーミング現象に対応しつつ、従来に比べて油タンクの容量を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係るターボ冷凍機を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るターボ冷凍機のターボ圧縮機を示す縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るターボ冷凍機の油タンクを示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るターボ冷凍機の油タンクの変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明の一実施形態に係るターボ冷凍機１について、図面を参照して説明する。
ターボ冷凍機１は、図１に示すように、冷媒を圧縮するターボ圧縮機２と、冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器３と、凝縮器３において凝縮された冷媒を更に冷却して過冷却を付与するサブクーラ４と、高圧冷媒を中間圧に減圧する第１減圧弁５と、冷媒に過冷却を与える中間冷却器６と、冷媒を低圧に減圧する第２減圧弁７と、低圧冷媒を蒸発させる蒸発器８などを備える。
【００２７】
ターボ圧縮機２、凝縮器３、サブクーラ４、第１減圧弁５、中間冷却器６、第２減圧弁７及び蒸発器８は、冷凍サイクルを構成し、冷媒が、ターボ圧縮機２、凝縮器３、サブクーラ４、第１減圧弁５、中間冷却器６、第２減圧弁７及び蒸発器８の順に循環する。また、冷媒は、中間冷却器６からターボ圧縮機２へ、蒸発器８を通過せずにバイパスして供給される。
【００２８】
ターボ圧縮機２は、モータハウジング３１と、増速器ハウジング３２と、圧縮機ハウジング３３とを一体に結合して構成されるハウジング３０を備えている。
モータハウジング３１には、図２に示すように、インバータ装置によって可変速駆動されるモータ９が組み込まれる。このモータ９のモータ軸１０の一端１０ａは、モータハウジング３１から増速器ハウジング３２に突出されている。モータ９は、ステータ２０と、ロータ２１などを備える。モータ軸１０には、ロータ２１が固定され、ロータ２１は、ステータ２０の内部で回転する。モータ軸１０は、増速器ハウジング３２側で、転がり軸受１４によって支持される。転がり軸受１４は、例えば複数のアンギュラ玉軸受からなる。転がり軸受１４は、軸受箱（図示せず。）を介してモータハウジング３１に設置される。
【００２９】
圧縮機ハウジング３３の内部には、第１段圧縮ステージと、第２段圧縮ステージを有する圧縮機構１５が収容される。外部から第１段圧縮ステージに吸い込まれて、第１段圧縮ステージによって圧縮された冷媒は、第２段圧縮ステージに送られる。そして、第２段圧縮ステージに吸い込まれて、第２段圧縮ステージによって圧縮された冷媒は、外部へ吐出される。
【００３０】
圧縮機ハウジング３３内には、回転軸１１が回転自在に設置され、この回転軸１１の一端１１ａ側には、第１段圧縮ステージ用の第１段羽根車１２と、第２段圧縮ステージ用の第２段羽根車１３とが設けられる。回転軸１１は、増速器ハウジング３２側で、転がり軸受１４によって支持される。転がり軸受１４は、例えば複数のアンギュラ玉軸受からなる。転がり軸受１４は、軸受箱（図示せず。）を介して圧縮機ハウジング３３に設置される。
【００３１】
転がり軸受１４によって支持される回転軸１１の他端１１ｂ側には、小径の歯車１７が設けられる。この歯車１７は、モータ軸１０の一端１０ａに設けられる大径の歯車１８と噛み合わされ、これらの歯車１７，１８によって、増速機構１９が構成される。増速機構１９は、増速器ハウジング３２に収容される。
【００３２】
転がり軸受１４や、歯車１７，１８には、それぞれの部品に対して潤滑油が供給される。
【００３３】
潤滑油系統は、潤滑油供給ライン２２と潤滑油排出ライン２５によって構成される。
潤滑油供給ライン２２は、油タンク２３及びターボ圧縮機２を結ぶ配管である。潤滑油は、潤滑油供給ライン２２に設けられた油ポンプ３６によって、油タンク２３からターボ圧縮機２のモータハウジング３１や増速器ハウジング３２へ供給される。モータ９及び増速機構１９を通過した潤滑油は、潤滑油排出ライン２５を介して油タンク２３へ戻される。本実施形態に係る潤滑油供給ライン２２や潤滑油排出ライン２５には、オイルクーラ２４が設置される。
【００３４】
モータハウジング３１や増速器ハウジング３２には、潤滑油供給ライン２２と接続される潤滑油入口が形成され、潤滑油供給ライン２２からターボ圧縮機２へ潤滑油が供給される。ターボ圧縮機２には、冷凍サイクルを構成している凝縮器３から抽出された冷媒が供給される。モータハウジング３１や増速器ハウジング３２には、冷媒供給ライン３４と接続される液冷媒入口が形成され、冷媒供給ライン３４から液冷媒が供給される。
【００３５】
ターボ圧縮機２のモータハウジング３１内や増速器ハウジング３２内を通過した潤滑油は、油タンク２３へ排出される。モータハウジング３１や増速器ハウジング３２には、潤滑油排出ライン２５と接続される潤滑油出口が形成され、潤滑油排出ライン２５を介してモータハウジング３１や増速器ハウジング３２から油タンク２３へ冷媒及び潤滑油が排出される。
【００３６】
油タンク２３へ排出される潤滑油は、冷媒が溶け込み、冷媒によって希釈されている。油タンク２３には、希釈された潤滑油の濃度を高めるため冷媒を蒸発させるヒータ２７（図３参照）が設置されている。冷媒が蒸発することによって、潤滑油は、動粘度が希釈前の状態に戻り、歯車１７，１８や転がり軸受１４を潤滑させる潤滑油として繰り返し用いることができる。
【００３７】
油タンク２３は、図３に示すように、潤滑油を収容可能な容器であり、油タンク２３の内部の下部に潤滑油が貯留される。
油タンク２３は、大きく分離領域４１と、排出領域４２に分けることができる。
【００３８】
油タンク２３には、潤滑油排出ライン２５と接続された潤滑油・冷媒入口が形成される。ヒータ２７は、例えば、油タンク２３の分離領域４１の下部に設置され、油タンク２３内の冷媒及び潤滑油を加熱し、冷媒を蒸発させる。これにより、蒸発して生成された冷媒ガスは油タンク２３の上方へ向かい、冷媒が蒸発した冷媒の含有量が低下した潤滑油は、油タンク２３の下流側へ流れる。
【００３９】
油タンク２３の下方には、潤滑油供給ライン２２と接続された潤滑油出口が形成される。本実施形態では、潤滑油出口に油ポンプ３６が設置される。潤滑油供給ライン２２を介して油タンク２３からターボ圧縮機２へ潤滑油が供給される。
【００４０】
また、油タンク２３の上方には、均圧管２９と接続された冷媒ガス出口が形成され、均圧管２９を介して油タンク２３から蒸発器８へ冷媒ガスが供給される。これにより、凝縮器３やサブクーラ４からターボ圧縮機２へ供給された冷媒が冷凍サイクルへ戻される。
また、油タンク２３には、均圧管２９の一端が接続され、均圧管２９の他端は、冷凍サイクルの蒸発器８と接続されることから、冷凍サイクルとの接続部分である蒸発器８の圧力と油タンク２３内の圧力がほぼ等しくなる。なお、均圧管２９の接続先は、蒸発器８に限られず、例えばターボ圧縮機２の吸込み口等でもよい。
【００４１】
油タンク２３の内部に貯留されている潤滑油は、所定の温度範囲に維持されるように調節されることが好ましい。潤滑油の温度は、例えば、潤滑油によって潤滑されるターボ圧縮機２の歯車１７，１８や転がり軸受１４において、適切な潤滑が発揮される温度に基づいて決定される。
【００４２】
油タンク２３の内部に貯留されている潤滑油の温度は、例えば、ヒータ２７による加熱によって調節される。ヒータ２７による加熱は、油タンク２３の下部に設置された温度検出部３５で検出される温度に基づいて制御される。ヒータ２７は、検出された温度に基づいてＯＮ／ＯＦＦが制御されて、冷媒や潤滑油に対する加熱を調整してもよいし、検出された温度に基づいてヒータ２７の設定温度が調整されてもよい。
【００４３】
油タンク２３は、仕切板４３によって仕切られて、分離領域４１と、排出領域４２に分けられている。仕切板４３は、板状部材であって、側端部が油タンク２３の内側面に接触する。これにより、油タンク２３は、仕切板４３を境界にして二つの領域に分けられる。仕切板４３よりも潤滑油排出ライン２５側は、ハウジング３０から戻される潤滑油が流入する分離領域４１である。また、仕切板４３よりも潤滑油供給ライン２２側は、ハウジング３０へ潤滑油が供給される排出領域４２である。
【００４４】
分離領域４１には、潤滑油排出ライン２５から、冷媒が溶け込んだ潤滑油が供給される。冷媒が溶け込んだ潤滑油は、冷媒単体や潤滑油単体に比べて比重が高く、分離領域４１の底面で濃度が高い。そして、冷媒濃度の高い分離領域４１の底面近くに配置されたヒータ２７によって、冷媒が加熱されてガス化され、潤滑油と冷媒とに分離される。油タンク２３内では、仕切板４３によって潤滑油が貯留される空間が限定されるため、ヒータ２７によって潤滑油を効率良く加熱できる。
【００４５】
分離領域４１には、上述した仕切板４３以外の複数枚の流れ形成板４４が設けられてもよい。分離領域４１に流れ形成板４４が設置されることで、貯留された潤滑油内で、潤滑油が上部から下部へ向かう流れや、反対に下部から上部へ向かう流れを形成できる。これにより、ヒータ２７へ潤滑油を効率良く接触させたり、分離してガス化した冷媒を上方へ上昇させりすることができる。
【００４６】
加熱されてガス化した冷媒は、油タンク２３に貯留された潤滑油の上方へ上昇していく。フォーミング現象が生じる場合でも、泡立った潤滑油が仕切板４３や流れ形成板４４に沿って上昇し、その後、泡は液状の潤滑油上に浮いた状態となる。したがって、本実施形態では、仕切板４３や流れ形成板４４がない場合と異なり、冷媒ガスによる泡は、液状の潤滑油の内部で下流側へは流れにくい。その結果、油タンク２３に泡が吸い込まれることを防止できる。
【００４７】
油タンク２３内に貯留した潤滑油は、油ポンプ３６によって、一方向の流れ、すなわち、潤滑油・冷媒入口側から潤滑油出口側への流れが生じている。これにより、冷媒が分離されて冷媒濃度が低下した潤滑油は、潤滑油出口側へ向かって流れていく。また、フォーミング現象が生じている場合、潤滑油上に浮いた泡も、潤滑油の流れに沿って下流側に向かって流れる。
【００４８】
フォーミング現象によって、泡による油面が上昇していくと、均圧管２９内を泡が通過していき、バッファタンク２８内へ泡状の潤滑油が落下される。
【００４９】
なお、仕切板４３又は流れ形成板４４の下端部は、油タンク２３の底面と接触してもよいし、底面から離隔してもよい。底面と接触している場合、潤滑油において下部から上部への流れが形成される。底面から離隔している場合、冷媒が溶け込んだ潤滑油が分離領域４１内の底部に滞留することなく、下流側へ流れていく。このとき、冷媒が溶け込んだ潤滑油がヒータ２７に沿って流れることで、冷媒を効率良くガス化させることができる。
【００５０】
また、図３に示す例では、１枚の仕切板４３と、２枚の流れ形成板４４が設置される場合について図示したが本発明はこの例に限定されない。例えば、図４に示すように、１枚の仕切板４３と、１枚の流れ形成板４４が設置されてもよい。
【００５１】
排出領域４２には、油ポンプ３６が設置される。油ポンプ３６は、例えば浸漬式ポンプであり、油タンク２３の底面に設置される。油ポンプ３６は、油タンク２３の底部の潤滑油を吸い込んで、外部、すなわち、ハウジング３０へ潤滑油を供給する。本実施形態では、フォーミング現象が生じた場合、分離領域４１で泡が上昇するため、排出領域４２に設置された油ポンプ３６は冷媒ガスを吸い込みにくい。
【００５２】
なお、ヒータ２７は、上流側の分離領域４１のみに設置されてもよいし、図３に示すように、下流側の排出領域４２にも設置されてもよい。なお、排出領域４２にヒータ２７が設置されることで、潤滑油から分離される冷媒の量を上昇させることができる。ただし、排出領域４２でヒータ２７による加熱によってフォーミング現象が生じる可能性がある場合は、排出領域４２にヒータ２７を設置しないほうがよい。
【００５３】
バッファタンク２８は、均圧管２９に設置される。バッファタンク２８は、油タンク２３から流出する泡状の潤滑油を貯留でき、下流側の均圧管２９へ潤滑油を流れ出させない容量を有する。バッファタンク２８の上部には、油タンク２３と接続された均圧管２９に接続された入口部が形成される。また、バッファタンク２８の上部には、入口部とは別の部分に出口部が形成され、出口部は、蒸発器８と接続された均圧管２９に接続される。
【００５４】
バッファタンク２８には、油タンク２３から流出した冷媒及び潤滑油が、均圧管２９を介して供給される。そして、油タンク２３から流出した潤滑油がバッファタンク２８に一時的に貯留される。また、潤滑油に溶け込んでいたガス化した冷媒は、バッファタンク２８から蒸発器８へ流れる。
【００５５】
これにより、油タンク２３の内部でフォーミングが発生し、泡状の冷媒及び潤滑油が油タンク２３から流出したとしても、潤滑油がバッファタンク２８に貯留され、冷凍サイクルへは流れず、冷媒のみが冷凍サイクルへ向かう。
【００５６】
油タンク２３の下方には、戻し管２６が接続される。戻し管２６は、一端が、例えばバッファタンク２８の底面に接続され、他端が、油タンク２３に接続される。戻し管２６は、均圧管２９とは別に設けられ、バッファタンク２８に貯留された潤滑油を油タンク２３へ戻す。これにより、油タンク２３から流出してバッファタンク２８に溜まった潤滑油は、冷媒サイクルへ流れずに、油タンク２３へ戻される。
【００５７】
戻し管２６が油タンク２３と接続される位置は、油タンク２３において潤滑油供給ライン２２が接続される位置に近い側である。これにより、バッファタンク２８から戻される潤滑油は、油タンク２３において、潤滑油供給ライン２２が接続される位置の近傍、例えば排出領域４２に戻されるため、バッファタンク２８から戻される潤滑油は、油タンク２３内でフォーミングが発生した場合でも、フォーミングの影響を受けていない潤滑油と混合される。
【００５８】
次に、本実施形態に係るターボ冷凍機１における潤滑油の供給方法や冷却方法について説明する。
【００５９】
潤滑油は、油タンク２３に貯留されており、油ポンプ３６によって油タンク２３からターボ圧縮機２へ供給される。ターボ圧縮機２へ供給された潤滑油は、ターボ圧縮機２のモータハウジング３１内部や増速器ハウジング３２内部で歯車１７，１８や転がり軸受１４へ供給される。
【００６０】
歯車１７，１８や転がり軸受１４へ供給された潤滑油は、歯車１７，１８や転がり軸受１４を潤滑させつつ、摩擦損失によって温度上昇する。
【００６１】
ターボ圧縮機２のモータハウジング３１や増速器ハウジング３２を通過した潤滑油は、オイルクーラ２４を通過して冷却される。これにより、ターボ圧縮機２のモータハウジング３１内や増速器ハウジング３２内の歯車１７，１８や転がり軸受１４を通過した潤滑油は、オイルクーラ２４によって冷却される。
【００６２】
その後、オイルクーラ２４で冷却された潤滑油と、潤滑油に溶け込んだ冷媒は、油タンク２３へ排出される。
【００６３】
油タンク２３へ排出された潤滑油と冷媒は、分離領域４１において下部へ流れ、油タンク２３内の下部に設置されたヒータ２７によって加熱され、冷媒が蒸発する。その結果、冷媒によって希釈されていた潤滑油の動粘度が回復する。
【００６４】
冷媒が蒸発し冷媒の含有量が低下した潤滑油は、油タンク２３の下流側へ流れていく。また、ヒータ２７によって蒸発された冷媒ガスは、油タンク２３の上方へ向かい、均圧管２９を介して油タンク２３から、均圧管２９及びバッファタンク２８を経て、蒸発器８へ冷媒ガスが供給される。
【００６５】
冷凍サイクルにおいて圧力が低下するなどの原因によって、油タンク２３内の圧力が低下して、ガス化する冷媒によって潤滑油が泡立つフォーミング現象が生じた場合、冷媒及び潤滑油による泡は、仕切板４３又は流れ形成板４４に沿って上昇する。さらに、液状の潤滑油上に浮いた泡は、潤滑油の流れに沿って、下流側に向かって流れる。
【００６６】
フォーミング現象によって、泡による油面が上昇していくと、均圧管２９内を泡が通過していき、バッファタンク２８内へ冷媒及び潤滑油による泡が落下される。その結果、バッファタンク２８内の下部には潤滑油が貯留され、ガス化した冷媒は、均圧管２９を介して蒸発器８へ流れる。
【００６７】
以上、本実施形態によれば、油タンク２３から流出した冷媒及び潤滑油は、均圧管２９を介して、バッファタンク２８へ供給され、潤滑油は、バッファタンク２８に一時的に貯留される。これにより、油タンク２３内部でフォーミングが発生し、冷媒及び潤滑油が油タンク２３から流出したとしても、潤滑油がバッファタンク２８に貯留され、冷凍サイクルへは流れず、冷媒のみが冷凍サイクルへ向かう。
【００６８】
また、油タンク２３の分離領域４１に冷媒が溶け込んだ潤滑油が供給され、分離領域４１において冷媒が溶け込んだ潤滑油が、潤滑油と冷媒とに分離される。そして、分離された潤滑油は、分離領域４１から排出領域４２へ供給されて、ハウジング３０内部へ供給される。分離領域４１と排出領域４２は、仕切板４３で仕切られていることから、分離領域４１において、油タンク２３へ流入した潤滑油は、潤滑油と冷媒の比重の違いや狭い空間での潤滑油の温度上昇を利用して、効率的に分離される。また、仕切板４３が設置されることによって、分離領域４１でフォーミング現象が発生したとしても、排出領域４２のほうへ泡立った潤滑油が流入することを防止できる。
【００６９】
以上より、蒸発器８等の冷凍サイクルへ流出する潤滑油の量を低減できる。また、油ポンプ３６が吸い込む冷媒の量を減少させて、潤滑油系統を循環する潤滑油の量の低減を防止できる。
【符号の説明】
【００７０】
１      ：ターボ冷凍機
２      ：ターボ圧縮機
３      ：凝縮器
４      ：サブクーラ
５      ：第１減圧弁
６      ：中間冷却器
７      ：第２減圧弁
８      ：蒸発器
９      ：モータ
１０    ：モータ軸
１０ａ  ：一端
１１    ：回転軸
１１ａ  ：一端
１１ｂ  ：他端
１２    ：第１段羽根車
１３    ：第２段羽根車
１４    ：転がり軸受
１５    ：圧縮機構
１７    ：歯車
１８    ：歯車
１９    ：増速機構
２０    ：ステータ
２１    ：ロータ
２２    ：潤滑油供給ライン
２３    ：油タンク
２４    ：オイルクーラ
２５    ：潤滑油排出ライン
２６    ：戻し管
２７    ：ヒータ
２８    ：バッファタンク
２９    ：均圧管
３０    ：ハウジング
３１    ：モータハウジング
３２    ：増速器ハウジング
３３    ：圧縮機ハウジング
３４    ：冷媒供給ライン
３５    ：温度検出部
３６    ：油ポンプ
４１    ：分離領域
４２    ：排出領域
４３    ：仕切板
４４    ：流れ形成板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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