(57)【要約】【課題】圧縮機の吸入側経路の圧力損失を大幅に低減し、安価で運転効率の高いターボ冷凍機を提供する。【解決手段】液状冷媒を気化させる蒸発器２０と、前記気状冷媒を液化させる凝縮器３０、および前記蒸発器２０により気化された気状冷媒を前記凝縮器３０へと圧送する圧縮機（遠心圧縮機）４０を有するターボ冷凍機１０であって、前記圧縮機４０の回転軸４２の延長線上に配置された吸入口５０と前記蒸発器２０における気状冷媒の出口２６とを平行にすると共に、前記出口２６の中心線の延長線上に前記回転軸４２が位置するように前記圧縮機４０を配置したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状冷媒を気化させる蒸発器と、気状冷媒を液化させる凝縮器、および前記蒸発器により気化された気状冷媒を前記凝縮器へと圧送する遠心圧縮機を有するターボ冷凍機であって、
前記遠心圧縮機の回転軸の延長線上に配置された吸入口と前記蒸発器における気状冷媒の出口とを平行にすると共に、前記出口の中心線の延長線上に前記回転軸が位置するように前記遠心圧縮機を配置したことを特徴とするターボ冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はターボ冷凍機に係り、特に運転時における圧力損失の低減（効率向上）及び製造コストの低減に好適な構成を有するターボ冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型施設の空調設備等における熱移動装置として用いられるターボ冷凍機は従来、図３に示すような構造が採用されてきた。すなわち、蒸発器２と凝縮器３を有し、この蒸発器２の出口２ｂと凝縮器３の入口３ａとの間に圧縮機４を備え、凝縮器３の出口３ｂと蒸発器２の入口２ａとの間に膨張弁５を設けるというものである。
【０００３】
このような構成のターボ冷凍機１では、圧縮機４として遠心圧縮機を採用し、これを横置きに配置している。蒸発器２の出口２ｂはその構成上、蒸発器の上面側に備えられ、横置きされた圧縮機４の吸入口４ａは略水平方向を向くこととなる。このため、蒸発器２と圧縮機４とを繋ぐ経路には略９０°の屈曲部が形成されることとなる。圧縮機４における吸入側の経路に屈曲部が存在する場合、圧力損失が大きく運転効率が悪い。これは、屈曲部を通過する気状冷媒が、曲率の小さい壁部側へ偏るといった偏流現象が生ずるためと考えられる。また、屈曲部に生ずる気状冷媒の流れの偏りの影響は、蒸発器２の内部から出口２ｂへ向かう気状冷媒にもおよぶこととなり、当該部分にも偏流が生ずることとなる。よって、羽車にも万偏に吸入されず、１００％稼動しない。
【０００４】
このような理由から生ずる圧力損失の上昇、及び運転効率の低下を避けるための技術については、種々提案されているが、例えば特許文献１に開示されているものを挙げることができる。特許文献１に開示されている技術の概要は、屈曲部を含む吸入側経路の直径を増大させ、屈曲部を通過する気状冷媒の流量を増やすことで、屈曲部における圧力損失を低減するというものである。
【特許文献１】特開２００３−５００６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されているようなターボ冷凍機によれば、確かに、屈曲部における圧力損失は低減されるものと考えられる。しかし、流路の口径を問わず、流路に屈曲部が存在する場合には流体の流れを妨げることにかわりは無い。したがって、上記のような構成を採用したとしても、吸入側経路の影響による圧力損失は残ることとなる。また、屈曲部に用いられる配管部材であるエルボは、鋳物であるため製作費用が高いといった問題があり、その口径を大きくする特許文献１に記載のターボ冷凍機では、さらに費用が増すこととなる。さらに、冷媒との間で熱交換が行われる被冷却流体の冷却率を調整するために、吸入側経路にダンパ等の流量調整機構を設けようとする場合であっても、屈曲部であるために取り付けが困難となる。
そこで本発明では、吸入側経路の圧力損失を大幅に低減し、製作容易、かつ安価で運転効率の高いターボ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】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明に係るターボ冷凍機は、液状冷媒を気化させる蒸発器と、前記気状冷媒を液化させる凝縮器、および前記蒸発器により気化された気状冷媒を前記凝縮器へと圧送する遠心圧縮機を有するターボ冷凍機であって、前記遠心圧縮機の回転軸の延長線上に配置された吸入口と前記蒸発器における気状冷媒の出口とを平行にすると共に、前記出口の中心線の延長線上に前記回転軸が位置するように前記遠心圧縮機を配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上記のような特徴を有するターボ冷凍機によれば、本体架台等の省略もできる上、吸入側経路および蒸発器内における偏流を無くすことができ、圧力損失を大幅に低減し、製作容易、かつ安価で運転効率の高いターボ冷凍機とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明のターボ冷凍機に係る実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るターボ冷凍機１０は、蒸発器２０と凝縮器３０、および圧縮機４０とを基本として構成される。
【０００９】
前記蒸発器２０は、液状冷媒を貯留するタンク２２と、このタンク２２の下部側に備えられた入口２４、前記タンク２２の上部側に備えられた出口２６、および前記液状冷媒との間で熱交換を行う冷水等の被冷却流体を挿通させるための配管２８を備えることを基本として構成される。
【００１０】
また、前記凝縮器３０は、気状冷媒を貯留するタンク３２と、このタンク３２の上部側に備えられた入口３４、前記タンク３２の下部側に備えられた出口３６、および前記気状冷媒との間で熱交換を行い前記気状冷媒を凝縮、液化するための冷却水等の冷却流体を挿通させるための配管３８を備えることを基本として構成される。
【００１１】
前記圧縮機４０は遠心圧縮機であり、外殻を成すケーシング４８と、このケーシング４８内に備えられ、電動機等の駆動源５４を介して回転力を得る回転軸４２と、前記回転軸４２に備えられた羽車であるインペラ４４、および前記インペラ４４の外周側に前記ケーシング４８に一体形成された圧縮室４６とを備える。また、前記回転軸４２の中心線におけるインペラ配置側の延長線上には、圧縮対象とする気体を吸引する吸入口５０が形成されている。そして、前記圧縮室４６の外周上には、圧縮された気体を吐出するための吐出口５２が形成されている。このような構成の圧縮機４０では、回転軸４２の回転によりインペラ４４が回転すると、吸入口５０からインペラ４４へ向けて気体が流入し、流入した気体はインペラ４４を介して圧縮室４６へ圧送される。圧縮室４６に圧送された気体は圧縮室４６の流路を経て吐出口５２から吐出される。
【００１２】
上記のような基本構成を有する蒸発器２０、凝縮器３０、および圧縮機４０は、それぞれの要素が次のように接続されている。すなわち、蒸発器２０の出口２６と圧縮機４０の吸入口５０、圧縮機４０の吐出口５２と凝縮器３０の入口３４、および凝縮器３０の出口３６と蒸発器２０の入口２４がそれぞれ移送経路６０，６２，６４（６４ａ，６４ｂ）を介して接続されている。そして、凝縮器３０の出口３６と蒸発器２０の入口２４とを接続する移送経路６４ａと移送経路６４ｂとの間には、膨張弁６６を備えるようにする。
【００１３】
このような構成のターボ冷凍機１０では圧縮機４０の駆動により、蒸発器２０の出口２６を介して圧縮機４０内に吸入された気状冷媒が、圧縮されて凝縮器３０へと流入する。凝縮器３０では、凝縮器３０内に配された配管３８内を流れる冷却水等と、圧縮された気状冷媒との間で熱交換が行われることで、気状冷媒が凝縮されて液化する。液化された冷媒は、液状冷媒として凝縮器３０のタンク３２内に貯留される。
【００１４】
凝縮器３０のタンク３２内に貯留された液状冷媒は、出口３６から排出されて蒸発器２０の入口２４へと移送される。凝縮器３０から蒸発器２０への液状冷媒の移送は、蒸発器２０におけるタンク２２内の圧力と凝縮器３０におけるタンク３２内の圧力との間の圧力差を利用して成される。このため、移送経路６４ａと移送経路６４ｂとの間に備えた膨張弁６６により、液状冷媒の減圧と移送量の調整が行われる。凝縮器３０からの移送により蒸発器２０のタンク２２に貯留された液状冷媒は、当該タンク２２内部に配された配管２８内を流れる冷水等との間で熱交換が成されることで気化することとなる。そして、気化した冷媒は、気状冷媒として再び圧縮機４０に吸入されることとなる。
【００１５】
本実施形態に係るターボ冷凍機１０では、上記のような構成の圧縮機４０を、吸入口５０を下向きにした状態で縦置きに配置している。詳細には、吸入口５０の開口部と出口２６の開口部とを平行とした上で、前記出口２６の中心線の延長線上に前記圧縮機４０の回転軸４２を配置するという形態である。
【００１６】
圧縮機４０をこのような配置形態とすることにより、蒸発器２０における出口２６と圧縮機４０における吸入口５０とを直線的に接続することが可能となる。出口２６と吸入口５０とを直線上に配置して接続することにより、出口２６から吸入口５０までの移送経路６０に屈曲部が存在しなくなると共に、移送経路６０を短くすることができる。このため、移送経路６０内部の冷媒の流れ、およびタンク２２内部から出口２６に向かう冷媒の流れに偏りを無くすことができる。これに伴い、偏流時に生じていたインペラ４４の未使用部分を無くす、あるいは減らすことができ、インペラ４４の使用効率も向上させることができる。よって、圧縮機４０の吸入側における圧力損失を大幅に低減することができると共に運転効率も向上させることができる。
【００１７】
また、移送経路６０の内部における偏流の発生を無くすことができるため、蒸発器２０における出口２６の口径と圧縮機４０における吸入口５０の口径とを一致させた場合であっても、流路の口径に起因する圧力損失が生じなくなる。このため、両者の間にレデューサ等を介在させて口径の合わせ込みを行う必要が無くなる。また、屈曲部を排除したことにより、鋳物により製作される大口径のエルボを必要としなくなるため、移送経路６０を製缶品の管部材により作成することが可能となる。よって、移送経路６０を含むターボ冷凍機１０全体が小型単純化され、軽量で安価に製造することができるようになる。さらに、移送経路６０を短くして蒸発器２０における出口２６と圧縮機４０における吸入口５０を直接的に接続することを可能としたことにより、接続部に使用するフランジ７０の数も減らすことができ、製造コストの削減を図ることが可能となる。また、配管経路（移送経路）の接続部は内部を流れる流体が漏れ出る際の原因の１つであることより、当該接続部減らすことにより冷媒が漏れ出す確率を減らすことができ信頼性の向上が図られる。
【００１８】
例えば図３に示す従来のターボ冷凍機における吸入側移送経路と、図１に示す本実施形態に係るターボ冷凍機１０における吸入側移送経路６０とを比較すると、従来のターボ冷凍機では２対のフランジを必要としていたのに対し、本実施形態に係るターボ冷凍機１０では１対のフランジ７０があれば足りることとなる。すなわち、接続部に起因して冷媒の漏洩が生ずる確率は１／２になるのである。
【００１９】
また、本実施形態に係るターボ冷凍機１０によれば、圧縮機４０の吐出口側移送経路６２の構成も簡単化することができる。詳細には、吐出口５２における中心線の延長線と、入口３４における中心線の延長線とが交差する位置関係となるように、凝縮器３０に配置する入口３４の設置場所を定めるのである（図２参照）。このような配置形態とすることにより、圧縮機４０の吐出口側移送経路６２においても屈曲部を最小にすることができ、圧力損失を低減することが可能となる。
【００２０】
また、気状冷媒の吸入、圧送に用いる移送経路６０，６２を小型単純化し、軽量で安価に製作することが可能となるため、ターボ冷凍機１０全体としても同様な効果を得ることができ、需要の増大を狙うことができる。
【００２１】
上記のような構成の圧縮機では、吸入口側が負圧となるため、回転軸４２には吸入口５０側に向けたスラスト荷重が生ずることとなる。そして、本実施形態に係るターボ冷凍機１０のように、遠心圧縮機を縦置きとした場合には、回転軸を支える軸受には、上記スラスト荷重に加え、回転軸４２の重量分の荷重が付加されることとなる。このため、圧縮機４０の軸受の選定に際しては、両者に基づく荷重を考慮して、耐荷重の高いスラストベアリングなどを選ぶと良い。このような軸受を備えることにより、長時間の連続運転が可能となり、メンテナンス間隔を広げた場合であっても高い信頼性を維持することができるようになる。
【００２２】
また、圧縮機４０を上記のような配置形態とすることにより、吸入口５０と出口２６との接続部が圧縮機４０を支えることとなり、圧縮機４０や駆動源５４、および大口径配管等を支持していた架台が不要となり、小型単純化され、軽量化および低コスト化を図ることができる。
【００２３】
また、図示しないが、蒸発器２０におけるタンク２２に、パンチングメタル等の遮蔽板を配置し、液状冷媒が直接吐出口２６へ引き込まれることを防止するようにしても良い。このような構成とすることにより、吸引側移送経路６０が直線的で短いものとなった場合であっても、液状冷媒が直接インペラに衝突することを防止する（ミストの飛散防止を図る）ことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態に係るターボ冷凍機の構成を示す図である。
【図２】図１における右側側面の形態を示す図である。
【図３】従来のターボ冷凍機の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０………ターボ冷凍機、２０………蒸発器、２２………タンク、２４………入口、２６………出口、２８………配管、３０………凝縮器、３２………タンク、３４………流入口、３６………出口、３８………配管、４０………圧縮機、４２………回転軸、４４………インペラ、４６………圧縮室、４８………ケーシング、５０………吸入口、５２………吐出口、５４………駆動源、６０………移送経路、６２………移送経路、６４（６４ａ，６４ｂ）………移送経路、６６………膨張弁。
【図１】
2008298413.tif 000003
【図２】
2008298413.tif 000004
【図３】
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