(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンデンサと、膨張器と、エバポレータと、コンプレッサとを有し、前記コンデンサ、前記膨張器、前記エバポレータ、及び前記コンプレッサが冷却回路を形成する流れを作るために連結されている冷却機であって、
前記コンプレッサより下の位置に配置され且つ前記コンデンサより下の位置に配置されたオイル冷却用熱交換機と、
前記オイル冷却用熱交換機より上の位置に配置された油溜めであって、前記冷却機内における潤滑を必要とする位置に前記油溜めからオイルが供給され、そのオイルは、前記潤滑を必要とする位置に供給される前に前記オイル冷却用熱交換機を通過して流れる、該油溜めと、
供給ラインであって、液体の冷媒が前記コンデンサから前記供給ラインを通して前記オイル冷却用熱交換機に流れる、該供給ラインと、
リターンラインであって、前記冷媒は、前記オイル冷却用熱交換機を通して流れる前記オイルによって加熱された後に前記オイル冷却用熱交換機から出て前記冷却機内のコンデンサ圧力にある位置へと前記リターンラインを通して流れる、該リターンラインとを有し、
前記オイル冷却用熱交換機を通して流れるオイルから冷媒への熱の除去の結果として前記リターンラインを通しての冷媒の流れが生じ、
前記オイル冷却用熱交換機を通して流れるオイルの流れ及び液体の冷媒の流れが、前記オイル冷却用熱交換機内部で、その最も低温の状態にある液体の冷媒とその最も高温の状態にあるオイルとが初めに熱交換接触するような並流であり、前記熱交換機においてできる限り速やかに前記冷媒の気化を誘導するべく液体の冷媒とオイルの間の大きな初めの温度差を利用することを特徴とする冷却機。
【請求項２】
前記オイル冷却用熱交換機を通して流れるオイルから冷媒への熱の除去によって、前記冷媒の一部の気化及び前記リターンライン内での液体の冷媒と気化した冷媒との混合物の生成が起こり、前記混合物の密度が供給ラインの液体冷媒の密度よりも小さく、その両者の間の密度差によって、前記オイル冷却用熱交換機からの冷媒の流出を誘導する圧力差が生成されることを特徴とする請求項１に記載の冷却機。
【請求項３】
前記リターンラインが、前記オイル冷却用熱交換機と前記コンデンサとを連通せしめることを特徴とする請求項２に記載の冷却機。
【請求項４】
前記オイル冷却用熱交換機が前記コンデンサより下の位置に配置され、その前記オイル冷却用熱交換機の前記コンデンサより低い配置と前記供給ラインにおける液体冷媒とが協働して、前記熱交換機から前記コンデンサに戻る冷媒の流れを生成・維持する助けとなる、前記供給ラインにおける静水頭を生成することを特徴とする請求項１に記載の冷却機。
【請求項５】
前記コンデンサから供給される液体の冷媒が、前記コンデンサの底部の位置から前記オイル冷却用熱交換機へと直接流れることを特徴とし、前記供給ラインを通して流れる冷媒の全てが、前記オイル冷却用熱交換機へ流れ込み、そこを通過して、前記コンデンサ内の蒸気空間に戻ることを特徴とする請求項４に記載の冷却機。
【請求項６】
前記オイル冷却用熱交換機から前記リターンラインを通して前記コンデンサに流れる冷媒の流れが、そのような流れを調節するための弁または制御機構を用いずに、かつ前記供給ラインにおける前記静水頭及び前記密度差以外の動力源を用いずに生ずることを特徴とする請求項５に記載の冷却機。
【請求項７】
前記オイル冷却用熱交換機が、ろう付けプレート型熱交換機であることを特徴とする請求項５に記載の冷却機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明は冷却機に関するものである。より具体的には、本発明は、冷却機におけるコンプレッサ用潤滑油の冷却に関するものである。更に詳述すると、本発明は、熱サイホン効果によって冷却機のコンデンサから流出してそこに戻る冷却機システムの冷媒を用いた、冷却機におけるコンプレッサ用潤滑油の冷却に関するものである。
【０００２】
冷却機は、熱負荷を冷却するプロセスにおいて、初めに圧縮され次いで気化される冷媒のガスを圧縮するために、さまざまな種類のコンプレッサを用いる。そのようなコンプレッサは通常、回転のため１個以上のベアリングに支持された回転要素を有し、前記ベアリングはその機能を発揮させるために潤滑を必要とする。ベアリングの信頼性、ひいては冷却機の総合的な信頼性は、ベアリング潤滑用のオイルをベアリング面へ供給する前に冷却することによって高められる。
【０００３】
冷却機におけるオイルの冷却を達成するために用いられる方法や装置にはさまざまなものがある。さまざまな冷媒、多種多様な熱交換機、及びオイルとその冷却のための冷媒とを熱交換接触させるべく流動させるためのさまざまな動力が用いられてきた。多くの場合、冷却機においてオイルの冷却に用いられる冷媒を流れを生じさせるためには、少なくとも、ポンプ、エダクタ、又は他の機械式・電気機械式装置を使用する必要があり、このような装置のために冷却機の製造プロセスの複雑化及び／又はコストの上昇がもたらされ、かつ／又は弁や制御機構を用いる必要がでてくる。このようなオイル冷却プロセスに関連する機械式・電気機械式装置、弁、及び／又は制御機構を用いることで、それに伴う故障の可能性が生じ、これが冷却機システム全体の信頼性を損なうことになる。
【０００４】
従って、冷却機で用いられる冷却機のコンプレッサのベアリングを潤滑するオイルを冷却するための装置及び方法であって、フェイルセーフ機能を備え、かつ、冷却を必要とする潤滑用オイルに熱交換接触させるべく潤滑油冷却用冷媒を流動させるために機械式・電気機械式装置、弁、及び／又は制御機構を用いる必要がないような装置及び方法が求められている。
【０００５】
（発明の概要）
本発明の目的は、冷却機におけるコンプレッサのベアリングを潤滑するのに用いられるオイルを冷却することである。
【０００６】
本発明の別の目的は、オイルを冷却するための冷媒をオイルと熱交換接触させるべく流動させるためにのみ用いられる機械式・電気機械式装置、弁、及び／又は制御機構を用いる必要のない方式で、冷却機におけるベアリングを潤滑するのに用いられるオイルを冷却することである。
【０００７】
本発明の更に別の目的は、冷却機のコンプレッサのベアリングを潤滑するために用いられるオイルを、冷却機システムの冷媒を用いて冷却することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、冷却機のコンプレッサのベアリングを潤滑するために用いられるオイルを、システムの冷媒を用い、かつ冷却機システムの全体の効率に対してほとんど悪影響を及ぼさない形で冷却することである。
【０００９】
本発明の更に別の目的は、冷却機のコンデンサから流出し、そこに戻るシステムの冷媒を用いて、冷却機のコンプレッサのベアリングを潤滑するオイルを冷却することである。
【００１０】
本発明の更に別の目的は、液体のシステム冷媒を用いて冷却機におけるコンプレッサのベアリングを潤滑するのに用いられるオイルを冷却することである。この場合、液体のシステム冷媒は、オイル冷却プロセスにおいて少なくとも部分的に気化し、それによってその冷媒の流れが通過する経路内に圧力差が生じることにより、液体−気体二相の冷媒がシステムコンデンサに戻ること可能となる。
【００１１】
最後に、本発明の目的として、冷却機システムのコンデンサから出てそこに戻る冷媒の流れが、冷却機の動作時に自動継続する熱サイホン流れの結果生じているようなシステムの冷媒を用いて、冷却機におけるコンプレッサのベアリングを冷却することが挙げられる。
【００１２】
以下の発明の説明及び実施例及び添付の図面を参照することにより理解されるであろう本発明の上記の目的及び他の目的は、オイル冷却用熱交換機を冷却機内の一定の位置、すなわち液体冷媒が重力によってシステムのコンデンサから流出してその位置に達し、熱サイホン効果によって誘導された自動継続プロセスにてその位置からコンデンサに戻るような位置に配置することによって達成される。そのことに関連して、コンデンサの底部をオイル冷却熱交換機に接続するパイプに僅かに過冷された液体冷媒の柱が形成されるように、オイル冷却用熱交換機を冷却機のコンデンサの下に配置する。高温のシステム潤滑油がオイル冷却用熱交換機に供給され、そこで、システムコンデンサから供給された熱交換機内部で利用できる僅かに過冷された液体冷媒へと熱を除去する。オイル冷却用熱交換機におけるオイルから液体冷媒への熱の除去によって、冷媒の一部は気化して、熱交換機から出て、オイル冷却用熱交換機とシステムコンデンサにおける蒸気空間とを連結するラインを通して流れることになる。オイルの冷却が行われた後に、リターンラインを通してコンデンサに入ってゆく冷媒は、飽和した液体の及び気化した冷媒の二相混合物であって、この混合物は、コンデンサからオイル冷却用熱交換機に供給される過冷された液体冷媒より全体の平均密度が小さい。オイル冷却熱交換機に供給される冷媒とそこから戻される冷媒との密度の差により圧力差が生じ、この圧力差が、熱サイホンプロセスによる、コンデンサからオイル冷却用熱交換機を通ってコンデンサの蒸気空間に戻る、冷媒の自動継続流れを生じさせる。
【００１３】
（好ましい実施の形態の説明）
冷却機１０は、コンプレッサ１２、コンデンサ１４、膨張器１６、及びエバポレータ１８を備え、これらは全て冷却回路を形成する流れを作るために連結されている。その動作時には、好ましい実施態様では遠心コンプレッサであるコンプレッサ１２がシステムの冷媒を圧縮し、比較的高圧の気体の状態にある冷媒をコンデンサ１４の蒸気空間２０内に放出する。好ましい実施態様の冷却機においては、コンデンサ１４は、エバポレータ１８より高い位置に配設される。
【００１４】
高温、高圧の冷媒ガスは、コンデンサ１４の管群２２を通して流れる水等の媒質によって冷却され、液体へと凝縮される。凝縮された液体冷媒は、その底部２４に溜まる。ある種の冷却機では、コンデンサから放出される冷媒ガスを冷却するために周囲空気が用いられる。
【００１５】
凝縮された冷媒はコンデンサ１４から膨張器１６に流れ、膨張器において、膨張プロセスにより冷媒の一部が気化してその冷媒の温度が下げられる。この段階でより低温、低圧になった二相冷媒は、好ましくは流下薄膜型エバポレータであるエバポレータ１８内に供給される。好ましい実施態様のコンプレッサ１２は遠心コンプレッサであり、好ましい実施態様のエバポレータ１８は流下薄膜型であるが、本発明は、他の種類のエバポレータやコンプレッサが用いられている冷却機システムにも適用できることに注意されたい。
【００１６】
冷却機１０が冷却の対象とする熱負荷から戻された水等の媒質はエバポレータ内の管群２６を通して流れる。その比較的高温の媒質は、エバポレータ１８内に入ると、膨張器１６から入ってきた冷媒と熱交換接触する。管群２６を通して流れる媒質は、その熱がエバポレータ内の冷媒へと除去されて冷却される。冷媒はそのような熱によって気化され、その後のプロセスにおいてコンプレッサ１２に戻される。エバポレータで冷却された媒質は、同様にその後のプロセスにおいて、熱負荷にその更なる冷却のために戻される。
【００１７】
多くの冷却機と同様に、コンプレッサ１２は、１個以上の回転する部品を用いている。好ましい実施態様の遠心コンプレッサの場合には、その回転する部品とは、回転のため、ベアリング２８のようなベアリングの１個以上に支持されているシャフト（図示せず）上に取り付けられたインペラ（図示せず）であろう。この場合も大部分のベアリングと同様にその潤滑が必要であり、大部分のベアリングの用途の場合と同様に潤滑はベアリング位置へのオイルの供給によって行われる。基本的には全てのベアリングの用途の場合と同様に、ベアリングに供給されるオイルは、ベアリングの潤滑において使用された結果加熱される。ベアリングの寿命は、その潤滑に用いられるオイルを冷却することによって長くなることから、オイル冷却技術が、多くのベアリングの用途において用いられる。
【００１８】
上述の点を考慮すると、好ましい実施態様における冷却機システムにおいては、冷却機１０におけるベアリング潤滑用のオイルは油溜め３０を供給元とし、潤滑油供給ライン３２を通してベアリング２８に供給される。油溜め３０に設置されたポンプ３４は、オイル供給ライン３２を通してオイルをベアリングに供給するための動力を提供する。そのオイルは、ベアリング潤滑プロセスのなかで加熱されて油溜めに戻されたとき比較的高温の状態にあり、潤滑のため再使用する前に冷却することが有益である。
【００１９】
本発明のオイル冷却装置は、システムコンデンサより低い位置にある冷却機システム内にオイル冷却用熱交換機が配置されていることを前提条件としている。本発明の場合、オイル冷却用熱交換機３６は、凝縮されたシステム冷媒がコンデンサ１４の冷媒プール２４から冷媒供給ライン３８を通して供給されるような、ろう付けプレート型の熱交換機であるのが好ましい。コンデンサ１４はオイル冷却用熱交換機３６の上に配置されるので、ライン３８における液体冷媒は、第１の密度にある僅かに過冷された液体の冷媒からなる液体柱を形成する。後述するように、好ましい実施態様においては高圧液体冷媒はコンデンサから直接導入され、冷媒をその下流から導入することは同様に可能であるが、膨張器の上流からはできない。
【００２０】
ライン３８を通してオイル冷却用熱交換機３６に供給される、僅かに過冷された液体冷媒は、オイル供給ライン３２を通してオイル冷却用熱交換機３６に入りその中を通過して流れるようにポンプ３４によってポンピングされる比較的高温のオイルと熱交換接触する。オイル冷却用熱交換機３６内での比較的高温のオイルと比較的低温の冷媒との間の熱交換によって、冷媒の一部が気化する。従って、二相の液−蒸気冷媒混合物が、オイル冷却用熱交換機３６内でのオイル冷却プロセスにおいて生成される。二相冷媒混合物は、ライン３８を通して供給される液体冷媒の柱より密度が小さく、このためオイル冷却用冷媒の流れる経路によって熱サイホンループが生成されることにより、冷媒リターンライン４０を通して上昇する。
【００２１】
熱サイホンループを通しての冷媒の流動は、液体冷媒供給ライン３８におけるオイル冷却用熱交換機の前に構築される液体冷媒柱によって生成される静水頭により補助される。冷媒の流れは、コンデンサに入ってそこから出る、即ち基本的に同じ圧力の位置に流入・流出することになるので、液体冷媒柱によって生成される静水頭の助けによって、熱交換機からコンデンサの蒸気空間への二相冷媒の戻りに関連する摩擦流れ損失や静水頭にもかかわらず、オイル冷却用熱交換機３６に流入し、それを通過して流出する熱サイホン冷媒流動が、冷却機のあらゆる動作状態の下で自動継続することが確実となる。
【００２２】
オイル冷却用熱交換機を通過する冷媒の流れは、好ましい実施態様においては、通常の逆方向流れではない並流であることに注意されたい。即ち油溜めからポンピングされた高温のオイルは、そこでは冷媒がその最も低温の状態にあるオイル冷却用熱交換機に供給された冷媒と熱交換接触する。これによって、そのオイル冷却用熱交換機内においてその最高温の状態にあるオイルが液体冷媒と速やかに熱交換接触し、両液体間の初期の大きい温度差を利用できることになる。この初期の大きい温度差によって、オイル冷却用熱交換機内において最も早いタイミングでの冷媒の沸騰／気化が誘導され、これが熱交換機を通しての冷媒流れを生じさせ・維持する助けとなる。
【００２３】
本発明においてオイルを冷却するために用いられる媒質はコンデンサから供給される冷媒であり、またコンデンサの温度は変化することから、オイル冷却用熱交換機３６から出るオイルの温度は、飽和したコンデンサの温度に応じて変化する。しかし何れの場合でも、コンプレッサのベアリング及び潤滑を必要とするコンプレッサ１２内の他の表面や位置において十分かつ連続的かつ信頼できる潤滑を確保するに十分なだけのオイルの冷却が達成される。
【００２４】
注目すべき点として、本発明の熱サイホン式オイル冷却構造では、システムのコンデンサからオイル冷却用熱交換機へのシステム冷媒の供給量が非常に少なくて済む点が挙げられる。従って、冷却機におけるオイルの冷却が、冷却機システム全体の効率に対するオイル冷却プロセスの悪影響を最小限にするような方式で達成されることになる。
【００２５】
更に注目すべき点として、オイルの冷却のために用いられる冷媒が冷却機内における冷媒圧力が低い異なる位置に戻されるような他のオイル冷却方式とは異なり、オイル冷却用熱交換機に流入出する冷媒がシステムコンデンサを供給元とし、かつ供給先としている点が挙げられる。従って、システムのコンプレッサは、オイル冷却用に用いられる冷媒をコンデンサの圧力に戻すための作業を行う必要はない。このため、冷却機システム全体の効率に対するオイル冷却プロセスの悪影響を最小に抑えられる。
【００２６】
更に注目すべき点として、オイルを冷却する媒質の自動継続流れが、真の熱サイホン流れを生じさせることにより、供給ライン３８の液体冷媒とライン４０の二相冷媒混合物との密度の差が生じ、またライン３８における液体冷媒の柱によって生じる静水頭が助けとなって、前記媒質の自動継続流れの発生・調節のための機械式又は電気機械式の装置、弁又は制御機構を用いることなく発生・維持される点が挙げられる。従って、本発明のオイル冷却用構造は、信頼性を有し単純で経済的であるとともに、他の冷却機でのオイル冷却方式で存在するような冷却機システムの効率に対する悪影響を最小限とすることができる。
【００２７】
本発明を、その好ましい実施態様の点から説明してきたが、本発明の範囲に含まれる他の実施態様も可能であることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のオイル冷却装置が用いられている冷却機の模式図。
【図１】
0004456309.tif 000002