JPH06235555A

JPH06235555A - オイルフリー式のスクリュー圧縮機使用の冷凍装置

Info

Publication number: JPH06235555A
Application number: JP2125293A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Kasahara; 敬介笠原
Original assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Current assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Priority date: 1993-02-09
Filing date: 1993-02-09
Publication date: 1994-08-23

Abstract

(57)【要約】【目的】油を溶解しない冷媒を用い、冷凍サイクルの
蒸発温度が低温度で前記油の粘度が高くなる場合におい
ても支障なく運転ができる冷凍装置を得る。【構成】スクリュー圧縮機１より圧縮されたNH₃の冷
媒ガスは、凝縮器２において液化された後、その一部の
冷媒液がスクリュー圧縮機１のガス閉じ込み後の位置に
噴射される。他の冷媒液は、膨脹弁５により減圧され蒸
発器３に流入する。液溜ポット７の冷媒液は液ポンプ６
により繰り返し循環され、冷媒液噴射管10から内部にフ
ラッシュ蒸発する。その際、負荷側熱交換器17の熱交換
面において薄膜蒸発が行われる。スクリュー圧縮機１の
タイミングギヤの収容室には油ポンプ８により潤滑油が
供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は油が溶解しない冷媒を使
用しかつ蒸発器の温度が低温度となり油の粘性が高くな
る場合に好適なオイルフリー式のスクリュー圧縮機使用
の冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、スクリュー圧縮機を用いる冷凍装
置においては、冷媒にフレオンを用いる場合においても
NH₃を用いる場合においても、油噴射式のスクリュー圧
縮機が用いられオイルフリー式のスクリュー圧縮機は使
用されていなかった。

【０００３】冷媒としてフレオンを用いる場合には油が
フレオンに溶解するので問題は少ないが、NH₃を用いる
場合には、油はNH₃と溶解せず分離しており、蒸発器内
に入った油はガス共に戻って来ない。また、冷凍機の運
転が例えば蒸発器温度で−２０℃位よりも低温度となる
と、油の粘度が高くなり蒸発器に貯溜した油の油抜きが
困難になるという問題があった。このため、一旦冷凍機
の運転を停止して油の温度を上げ、油の粘度を低くして
これを抜くというようにしなければならなかった。

【０００４】図３は、従来の油噴射式のスクリュー圧縮
機を用いた場合の冷凍サイクルの一例であって、NH₃冷
媒等と非溶解性油を用いる場合及びフレオン冷媒と溶解
性油を用いる場合の何れにも用いられているものであ
る。

【０００５】スクリュー圧縮機35から圧縮された冷媒ガ
スは油分離器36を経て吐出管37から凝縮器38に流入し、
熱交換器39により冷却され、凝縮した高圧の冷媒液は液
管40から膨脹弁41を介して減圧され、蒸発器42に流入し
て蒸発する。そして負荷側熱交換器43を冷却する。一
方、油分離器36の底部より分離された油が油ポンプ44、
油冷却器45を介してスクリュー圧縮機35のロータのガス
閉じ込み後の油噴射口46からケーシング内に噴射され
る。また、蒸発器42の底部の油溜ポット47は電磁弁また
は温度式自動膨脹弁48を介して油受溜49に連通し、該油
受溜49の上部からパージ管50が電磁弁48を介して低圧部
連通している。

【０００６】そしてこの図３の実施例においては、スク
リュー圧縮機からの油と冷媒ガスとの混合吐出ガスは油
分離器36において分離され、油は前記のように油噴射口
46から噴射され再循環が行われる。油分離器36で分離さ
れなかった油は凝縮器38を経て蒸発器42に冷媒液ととも
に流入する。

【０００７】冷媒がフレオン等で油を溶解する場合に
は、蒸発器42からの油抜き装置は不要であるけれども、
油が冷凍サイクル中を循環するため熱伝達は良好ではな
い。また、冷媒がNH₃等で油を溶解しない場合は、低温
度例えば−２０℃以下ではその低温度に比例して油の粘
性が高くなり、蒸発器42の底部に溜った油が取出しにく
くなる。このため図３の点線のような前記油の除去装置
を設け、溜った油を油受溜49を経て導入管51よりスクリ
ュー圧縮機のロータ閉じ込み後の位置に噴射させて再循
環させる。しかし低温度になるにつれてこの油抜きは困
難となる。

【０００８】また、第４図は従来の油噴射式のスクリュ
ー圧縮機を用い冷媒としてNH₃を用いた場合の冷凍サイ
クルの一つの例であって、図３と同一符号のものは同図
と同一の構造であって同一の機能を果す部品である。膨
脹弁41により減圧された冷媒液は低圧受液器54に流入
し、レベルコントローラ55によりその液位が調節され
る。低圧受液器54内に多量に貯溜された冷媒液は、侵入
した油と共に液ポンプ56により分配弁58を介して蒸発器
57に流入し負荷側熱交換器59を冷却した後、再び低圧受
液器54へ戻り、この循環を繰返す。

【０００９】蒸発器の温度が次第に低くなっていくと、
油の粘度が次第に高くなってくる。したがって、液ポン
プ56により低圧受液器54内の冷媒液と油とを強制的に絶
えず蒸発器57に循環流動させ油が低圧受液器54内に分離
滞流しないようにしなければならない。また、低圧受液
器54内に二層分離する油は油抜弁60より油抜溜（図示し
てない）に導き油抜き操作が要る。

【００１０】しかも前記図３、図４の従来技術はその構
造が複雑である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来技術においては前
記のように種々の問題点がある。

【００１２】本発明は、これらの問題点を除去するた
め、スクリュー圧縮機をオイルフリー式としてタイミン
グギヤを用いることにより、蒸発器（低圧側）に油の混
入をなくする、構造が比較的に簡単なオイルフリー式の
スクリュー圧縮機使用の冷凍装置を得ることを目的とす
るものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の冷凍装置は、前
記の目的を達成するために、油を溶解しない冷媒を用い
冷凍サイクルの蒸発器温度が低温度であって油の粘度が
高くなる場合において、スクリュー圧縮機をオイルフリ
ー式とし、凝縮器からの高圧冷媒液の一部をスクリュー
圧縮機のロータのガス閉じ込み後の位置に噴射させる液
噴射口を有する。

【００１４】また、本発明の冷凍装置は、前記の目的を
達成するために、冷媒としてNH₃を用い、更に蒸発器に
附属する液溜ポットの冷媒液を蒸発器に戻して噴射させ
蒸発器の負荷側熱交換器の熱交換面において薄膜蒸発を
行わせる再循環管を蒸発器に附設し、該再循環管に液ポ
ンプを設ける。

【００１５】また、本発明の冷凍装置は、前記の目的を
達成するために、スクリュー圧縮機の回転数を制御する
インバーターまたは極数変換モータを設ける。

【００１６】

【作用】スクリュー圧縮機がオイルフリー式であるので
蒸発器側へ油の流入することがなく、スクリュー圧縮機
のロータのガス閉じ込み後の位置に噴射された凝縮器か
らの高圧冷媒液の一部は、圧縮熱を除去して圧縮機効率
を向上させる。

【００１７】また、蒸発器に附設した液ポンプを有する
再循環管により、蒸発器において薄膜蒸発を行わせ、少
量の冷媒により高能率な冷却効果を奏する。更に、イン
バーター方式または極数変換モータによりスクリュー圧
縮機の回転数を制御し、冷凍装置の負荷の変動に対応さ
せる。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例を図面により説明する。

【００１９】図１において、１はオイルフリー式のスク
リュー圧縮機、２は凝縮器、３は蒸発器、４は液量調整
弁、５は膨脹弁、６は液ポンプ、７は液溜ポット、８は
油ポンプ、９は油冷却器、10は冷媒液噴射管、11は再循
環管である。

【００２０】スクリュー圧縮機１により圧縮されたNH₃
の冷媒ガスは吐出管12を経て凝縮器２に至り、ここで冷
却水熱交換器14により冷却液化され、冷媒液は液管13に
流出する。液管13には途中に分岐管15が設けられてお
り、液量調整弁４により調整された量の冷媒液がスクリ
ュー圧縮機１のロータのガス閉じ込み後の位置の液噴射
口16からスクリュー圧縮機１のケーシング内に噴射され
る。噴射された冷媒液は蒸発して等温圧縮に近い冷却作
用を発揮するとともにシール効果をも果し圧縮機の効率
を向上せしめる。

【００２１】液管13の冷媒液は膨脹弁５により減圧され
蒸発器３に導入される。蒸発器３内には負荷側熱交換器
17が設けられており、蒸発器３内で蒸発する冷媒により
冷却されるようになっている。低圧受液器は設けること
なく蒸発器３内の冷媒液は液溜ポット７を設け、ここか
ら液ポンプ６によって再循環管11を経て蒸発器３の上部
に再導入され、冷媒液噴射管10から噴射せしめられて、
フラッシュ蒸発するとともに冷媒液はその循環を繰返す
ようになっている。

【００２２】スクリュー圧縮機１がオイルフリー式であ
るので該圧縮機から吐出管12に吐出される冷媒ガス中に
は油は混入されておらず、したがって蒸発器３内にも油
が流入しない。このため従来技術のように多量の冷媒液
を蒸発器３に導入する必要はなく、液ポンプ６によって
負荷側熱交換器17の表面に噴射しフラッシュして薄膜蒸
発を行わせることができるので使用する冷媒量を少くす
ることができるばかりでなく、冷媒と負荷側流体の間の
熱伝達係数を向上させることもできる。

【００２３】図２は図１の実施例に用いられるオイルフ
リー式のスクリュー圧縮機１の実施例であって、ロータ
ケーシング26内には２つの噛み合うオスロータ22及びメ
スロータ23が収納され、それぞれの軸上にタイミングギ
ヤ24，25がロータの歯数の比の歯車が同調することによ
って、二つのロータが金属接触しないように組立てられ
ている。

【００２４】冷媒ガスは、油の混入のないまま吸入ポー
ト20から吸入され圧縮されて吐出ポート21から吐出管12
（図１）に吐出される。ギヤボックス27内には油すなわ
ち潤滑油がフラッシュされている。オスロータ22とメス
ロータ23のそれぞれの回転軸はベアリング30により支持
されるとともに各ベアリング30の端部に設けたオイルシ
ール31により潤滑油がロータケーシング19内に侵入しな
いようにされる。また駆動軸28のベアリング30の外端部
にはメカニカルシール32が設けられ外気との間をガス及
びオイルシールする。ギヤボックス27内及びオイルシー
ル31、メカニカルシール32への潤滑油の供給は油ポンプ
８（図１）により行われる。また、ハーメティックモー
タまたはキャンドモータを使う密閉式圧縮機の場合には
ノンシールとなりメカニカルシール32部は無くなる。

【００２５】負荷の変動に応じて行うスクリュー圧縮機
の回転数変化による能力の制御は電源周波数を変えるイ
ンバーター方式とするか、極数変換モータを設けること
によりなされる。制御は２極（３０００ｒ．ｐ．ｍ〜３
６００ｒ．ｐ．ｍ）以上の回転数が行われるようにす
る。この回転数を上げることはオイルフリーの圧縮機の
効率を上げることになる。これにより増速ギヤ装置が不
要になる。

【００２６】

【発明の効果】オイルフリー式のスクリュー圧縮機は蒸
発器側に油の侵入することがないので蒸発器は油混入に
よる弊害がなくなり熱伝達はきわめて良好となるととも
に、蒸発器温度が油の粘性を高くするような低温度の場
合の冷凍装置の運転においても何等支障がない。

【００２７】また、圧縮機のスクリューロータの中間圧
力の位置に冷媒液を噴射させて蒸発させ、これにより圧
縮熱を除去し圧縮機効率を向上させることができる。

【００２８】更に、冷凍装置の負荷変動にはスクリュー
圧縮機の回転数をインバーターまたは極数変換モータに
よって制御して対応させることができ、圧縮機内のアン
ローダ機構が不要となる。

【００２９】また、油が蒸発器内に流入することがない
ので、液ポンプ方式の採用にこだわらなくできるし、ま
た、液ポンプを有する再循環管により蒸発器内において
冷媒を薄膜蒸発を行わせる湿り蒸発器とすることがで
き、したがって少量の冷媒によって高能率の冷却効果を
得ることができる。

【００３０】しかも、蒸発器に油が全く入らないので油
抜きの心配もなくなり、−３０℃のような低温度の冷凍
装置においても支障なく連続運転ができる。また、高圧
油分離器や低圧油抜き装置は不要となり、装置が簡素化
し経済的になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷凍装置の一実施例のフローシートダ
イヤグラムである。

【図２】前記実施例に用いるタイミングギヤ付スクリュ
ー圧縮機の説明図である。

【図３】従来技術のフローシートダイヤグラムである。

【図４】異った従来技術のフローシートダイヤグラムで
ある。

【符号の説明】

１スクリュー圧縮機２凝縮器３蒸発器６液ポンプ７液溜ポット 11 再循環管 16 液噴射口 17 負荷側熱交換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スクリュー圧縮機をオイルフリー式と
し、凝縮器からの高圧冷媒液の一部をスクリュー圧縮機
のロータのガス閉じ込み後の位置に噴射させる液噴射口
を有し、油を溶解しない冷媒を用い冷凍サイクルの蒸発
器温度が低温度で前記油の粘度が高くなる場合に用いる
オイルフリー式のスクリュー圧縮機使用の冷凍装置。
【請求項２】冷媒がNH₃である請求項１記載のオイル
フリー式のスクリュー圧縮機使用の冷凍装置。
【請求項３】蒸発器に附属する液溜ポットの冷媒液を
蒸発器に戻して噴射させ蒸発器の負荷側熱交換器の熱交
換面において薄膜蒸発を行わせる再循環管を蒸発器に附
設し該再循環管には液ポンプを設けた請求項１記載のオ
イルフリー式のスクリュー圧縮機使用の冷凍装置。
【請求項４】スクリュー圧縮機の回転数を制御するイ
ンバーターまたは極数変換モータを設けた請求項１ない
し３の何れかに記載のオイルフリー式のスクリュー圧縮
機使用の冷凍装置。