專利名稱：渦輪制冷機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種渦輪制冷機。本申請根據(jù)2010年4月13日在日本申請的日本特愿2010-092314號主張優(yōu)先權(quán)，并在此引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
作為對水等冷卻對象物進(jìn)行冷卻或冷凍的制冷機，公知具有對處于氣體狀態(tài)的冷卻介質(zhì)進(jìn)行壓縮并排出的渦輪壓縮機的渦輪制冷機(例如參照日本特開2007-177695號公報)。渦輪壓縮機借助被電動機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的葉輪的旋轉(zhuǎn)，對冷卻介質(zhì)進(jìn)行壓縮。由渦輪壓縮機壓縮后的冷卻介質(zhì)被供給到冷凝器而被冷卻液化。液化后的冷卻介質(zhì)被供給到蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中蒸發(fā)。冷卻介質(zhì)蒸發(fā)時從冷卻對象物帶走氣化熱從而對冷卻對象物進(jìn)行冷卻。蒸發(fā)后的冷卻介質(zhì)再次被供給到渦輪壓縮機。但是，在渦輪制冷機停止時(例如緊急停止時)，在冷凝器內(nèi)貯存的液化后的冷卻介質(zhì)蒸發(fā)，向渦輪壓縮機逆流。因此，渦輪壓縮機的葉輪有可能被蒸發(fā)后的冷卻介質(zhì)施力而逆轉(zhuǎn)。當(dāng)葉輪逆轉(zhuǎn)時，由于伴隨逆轉(zhuǎn)的振動等，渦輪壓縮機有可能破損。為了防止這種葉輪的逆轉(zhuǎn)，一般采用如下結(jié)構(gòu)在冷凝器與渦輪壓縮機之間的流路中設(shè)置有逆止閥，防止冷卻介質(zhì)從冷凝器向渦輪壓縮機流動。但是，當(dāng)在流路中設(shè)置逆止閥時，對于冷卻介質(zhì)的流動阻力上升，伴隨冷卻介質(zhì)的流動的壓力損失增大。當(dāng)壓力損失增大時，通常運轉(zhuǎn)時的渦輪制冷機的制冷能力降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是考慮以上情況而完成的，其目的在于提供一種能夠防止或抑制渦輪壓縮機的逆轉(zhuǎn)、且能夠降低伴隨冷卻介質(zhì)流動的壓力損失的渦輪制冷機。為了解決上述課題，本發(fā)明采用以下方式。本發(fā)明的渦輪制冷機具有冷凝器，使壓縮后的冷卻介質(zhì)冷卻液化；蒸發(fā)器，使液化后的冷卻介質(zhì)蒸發(fā)而從冷卻對象物帶走氣化熱從而對冷卻對象物進(jìn)行冷卻；以及渦輪壓縮機，借助被電動機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的葉輪的旋轉(zhuǎn)，對在蒸發(fā)器中蒸發(fā)的冷卻介質(zhì)進(jìn)行壓縮并供給到冷凝器。進(jìn)而，本發(fā)明的渦輪制冷機具有制動裝置，當(dāng)葉輪被蒸發(fā)后的冷卻介質(zhì)施力而旋轉(zhuǎn)時，使電動機作為發(fā)電機工作，對葉輪的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動。如上所述，在渦輪制冷機停止時，在冷凝器內(nèi)貯存的液化后的冷卻介質(zhì)蒸發(fā)并向渦輪壓縮機逆流。因此，渦輪壓縮機的葉輪有可能被蒸發(fā)后的冷卻介質(zhì)施力而逆轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)葉輪被冷卻介質(zhì)施力而逆轉(zhuǎn)時，制動裝置使電動機作為發(fā)電機工作。當(dāng)電動機作為發(fā)電機進(jìn)行工作時，產(chǎn)生對于葉輪旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)阻力。利用該旋轉(zhuǎn)阻力對葉輪的逆轉(zhuǎn)進(jìn)行制動。并且，在本發(fā)明的渦輪制冷機中，制動裝置也可以具有再生電路，該再生電路回收由電動機產(chǎn)生的電能。并且，在本發(fā)明的渦輪制冷機中，制動裝置也可以具有電阻電路，該電阻電路將由電動機產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換為熱能。根據(jù)本發(fā)明，制動裝置使電動機作為發(fā)電機工作，從而對葉輪的逆轉(zhuǎn)進(jìn)行制動。因此，能夠防止或抑制渦輪壓縮機的逆轉(zhuǎn)。進(jìn)而，通過設(shè)置制動裝置來防止或抑制渦輪壓縮機的逆轉(zhuǎn)，所以能夠從渦輪制冷機去除逆止閥。由此，能夠?qū)殡S冷卻介質(zhì)流動的壓力損失抑制為較低，渦輪制冷機的制冷能力提高。


圖1是示出本發(fā)明的實施方式的渦輪制冷機的概略結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是示出本發(fā)明的實施方式的渦輪制冷機的停止時的動作的框圖。
具體實施方式
下面，參照圖1和圖2對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。另外，在以下說明所使用的各附圖中，為了令各部件為能夠識別的大小而適當(dāng)變更各部件的比例尺。圖1是示出本實施方式的渦輪制冷機1的概略結(jié)構(gòu)的框圖。本實施方式的渦輪制冷機1例如為了生成空調(diào)用冷卻水而設(shè)置在大廈或工廠等。 而且，本實施方式的渦輪制冷機1具有渦輪壓縮機2、變換器3 (制動裝置)、冷凝器4以及蒸發(fā)器5。渦輪壓縮機2是對氣體狀態(tài)的冷卻介質(zhì)即冷卻介質(zhì)氣體Xl進(jìn)行壓縮并生成壓縮冷卻介質(zhì)氣體X2的部件。供冷卻介質(zhì)氣體Xl流動的第1流路Rl和供壓縮冷卻介質(zhì)氣體 X2流動的第2流路R2分別與渦輪壓縮機2連接。渦輪壓縮機2具有葉輪21和馬達(dá)22(電動機)。葉輪21是用于對冷卻介質(zhì)氣體Xl進(jìn)行壓縮的葉輪。冷卻介質(zhì)氣體Xl經(jīng)由在葉輪21的旋轉(zhuǎn)軸線方向(軸向)形成的未圖示的吸入口而導(dǎo)入葉輪21。被導(dǎo)入的冷卻介質(zhì)氣體Xl利用旋轉(zhuǎn)的葉輪21被向徑向外側(cè)(徑向)送出。在葉輪21的徑向外側(cè)形成有未圖示的擴散器和渦旋室。而且，冷卻介質(zhì)氣體Xl隨著在擴散器和渦旋室內(nèi)部流動而被壓縮，生成壓縮冷卻介質(zhì)氣體X2。第1流路Rl與上述吸入口連接，第2流路R2與渦旋室連接。馬達(dá)22是用于使葉輪21旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置。馬達(dá)22是通過被供給交流電力而驅(qū)動的交流電動機(三相型)，而且，通過調(diào)節(jié)所供給的交流電力的頻率，能夠變更馬達(dá)22的旋轉(zhuǎn)速度。馬達(dá)22經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸23與葉輪21—體連接。旋轉(zhuǎn)軸23經(jīng)由未圖示的滾動軸承(球軸承或滾動軸承等)被支承為旋轉(zhuǎn)自如。另外，上述滾動軸承是針對正轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)的任意旋轉(zhuǎn)方向均能夠確保旋轉(zhuǎn)軸23的順暢旋轉(zhuǎn)的部件。變換器3是使渦輪壓縮機2的馬達(dá)22驅(qū)動并對葉輪21的逆轉(zhuǎn)(與通常冷卻時的旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn))進(jìn)行制動的電子設(shè)備。變換器3經(jīng)由電力供給線分別與主電源系統(tǒng) P和馬達(dá)22連接，該主電源系統(tǒng)P供給用于使渦輪制冷機1進(jìn)行動作的電力。變換器3具有驅(qū)動電路31和再生電路32。驅(qū)動電路31和再生電路32不同時進(jìn)行動作，具有根據(jù)輸入到變換器3的信號(例如表示渦輪制冷機1的停止(緊急停止等)的信號)來切換動作的結(jié)構(gòu)。驅(qū)動電路31是用于從主電源系統(tǒng)P向馬達(dá)22供給交流電力從而驅(qū)動馬達(dá)22的電路。并且，驅(qū)動電路31能夠調(diào)節(jié)對馬達(dá)22供給的交流電力的頻率。驅(qū)動電路31調(diào)節(jié)交流電力的頻率，從而變更馬達(dá)22的旋轉(zhuǎn)速度。而且，對渦輪壓縮機2的壓縮能力和渦輪制冷機1的冷卻能力進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外，驅(qū)動電路31也可以是對交流電力的頻率和電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)的電路。再生電路32是用于對葉輪21的逆轉(zhuǎn)進(jìn)行制動從而防止或抑制渦輪壓縮機2的逆轉(zhuǎn)的電路。而且，再生電路32與驅(qū)動電路31并列設(shè)置。再生電路32是用于在由于葉輪 21的逆轉(zhuǎn)而使馬達(dá)22逆轉(zhuǎn)時、使馬達(dá)22作為發(fā)電機工作的電路。并且，再生電路32能夠回收由作為發(fā)電機工作的馬達(dá)22產(chǎn)生的電能，并將其供給到主電源系統(tǒng)P (再生作用)。另外，再生電路32也可以具有將回收的電能蓄積在蓄電池等中的結(jié)構(gòu)。并且，再生電路32也可以獨立于變換器3而作為制動裝置構(gòu)成，并與變換器3并列設(shè)置。冷凝器4是將壓縮冷卻介質(zhì)氣體X2冷卻液化而生成冷卻介質(zhì)液體X3的熱交換器。供壓縮冷卻介質(zhì)氣體X2流動的第2流路R2和供冷卻介質(zhì)液體X3流動的第3流路R3 分別與冷凝器4連接。另外，在第3流路R3中設(shè)置有用于對冷卻介質(zhì)液體X3進(jìn)行減壓的膨脹閥6。蒸發(fā)器5是用于使冷卻介質(zhì)液體X3蒸發(fā)而從水等冷卻對象物帶走氣化熱、從而對冷卻對象物進(jìn)行冷卻的熱交換器。另外，由蒸發(fā)器5蒸發(fā)的冷卻介質(zhì)液體X3變化為冷卻介質(zhì)氣體XI。供冷卻介質(zhì)液體X3流動的第3流路R3和供冷卻介質(zhì)氣體Xl流動的第1流路 Rl分別與蒸發(fā)器5連接。在渦輪制冷機1中，通過第1流路R1、第2流路R2和第3流路R3，形成冷卻介質(zhì) (冷卻介質(zhì)氣體XI、壓縮冷卻介質(zhì)氣體X2和冷卻介質(zhì)液體X3)的循環(huán)流路。接著，參照圖1說明渦輪制冷機1的冷凍動作。變換器3的驅(qū)動電路31從主電源系統(tǒng)P對渦輪壓縮機2的馬達(dá)22供給交流電力。 馬達(dá)22被供給交流電力而驅(qū)動，經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸23連結(jié)的葉輪21旋轉(zhuǎn)。葉輪21旋轉(zhuǎn)，由此， 抽吸第1流路Rl內(nèi)的冷卻介質(zhì)氣體XI，將其導(dǎo)入葉輪21。被導(dǎo)入的冷卻介質(zhì)氣體Xl向葉輪21的徑向外側(cè)送出，在未圖示的擴散器和渦旋室內(nèi)部流動而被壓縮，變化為壓縮冷卻介質(zhì)氣體X2。壓縮冷卻介質(zhì)氣體X2被送出到與上述渦旋室連接的第2流路R2。壓縮冷卻介質(zhì)氣體X2經(jīng)由第2流路R2被導(dǎo)入冷凝器4。壓縮冷卻介質(zhì)氣體X2 在冷凝器4中被冷卻液化而變化為冷卻介質(zhì)液體X3。冷卻介質(zhì)液體X3被送出到第3流路 R3，通過膨脹閥6被減壓。被膨脹閥6減壓后的冷卻介質(zhì)液體X3被導(dǎo)入蒸發(fā)器5。冷卻介質(zhì)液體X3在蒸發(fā)器5中蒸發(fā)，冷卻介質(zhì)液體X3從水等冷卻對象物帶走氣化熱，從而對冷卻對象物進(jìn)行冷卻。 冷卻介質(zhì)液體X3蒸發(fā)時，變化為冷卻介質(zhì)氣體Xl，冷卻介質(zhì)氣體Xl被送出到第1流路Rl。 冷卻介質(zhì)氣體Xl經(jīng)由第1流路Rl再次被導(dǎo)入渦輪壓縮機2。以上，渦輪制冷機1的冷凍動作完成。接著，參照圖2說明渦輪制冷機1停止時的動作。圖2是示出本實施方式的渦輪制冷機1的停止時的動作的框圖。例如，對在構(gòu)成渦輪制冷機1的設(shè)備中產(chǎn)生不良情況而使渦輪制冷機1緊急停止的狀況進(jìn)行說明。當(dāng)渦輪制冷機1緊急停止時，對變換器3輸入傳達(dá)緊急停止的信號。然后，變換器3的驅(qū)動電路31停止供給交流電力，馬達(dá)22的驅(qū)動停止。馬達(dá)22停止，由此， 葉輪21的旋轉(zhuǎn)停止，停止向第2流路R2排出壓縮冷卻介質(zhì)氣體X2。因此，停止向冷凝器4導(dǎo)入壓縮冷卻介質(zhì)氣體X2。停止向冷凝器4導(dǎo)入壓縮冷卻介質(zhì)氣體X2，由此，在冷凝器4內(nèi)貯存的冷卻介質(zhì)液體X3蒸發(fā)，向第2流路R2逆流。另外，冷卻介質(zhì)液體X3蒸發(fā)而生成的冷卻介質(zhì)氣體還要向第3流路R3流入，但是由于在第3流路R3中設(shè)置的膨脹閥6的流動阻力大，所以冷卻介質(zhì)液體X3蒸發(fā)而生成的冷卻介質(zhì)氣體主要流入第2流路R2，變化為逆流冷卻介質(zhì)氣體X4。 逆流冷卻介質(zhì)氣體X4在第2流路R2中向渦輪壓縮機2流動，被導(dǎo)入渦輪壓縮機 2。逆流冷卻介質(zhì)氣體X4經(jīng)由渦輪壓縮機2的未圖示的渦旋室和擴散器從徑向外側(cè)導(dǎo)入到葉輪21。導(dǎo)入到葉輪21的逆流冷卻介質(zhì)氣體X4對葉輪21施力而使其逆轉(zhuǎn)。這里，旋轉(zhuǎn)軸23經(jīng)由未圖示的滾動軸承被支承，上述滾動軸承針對正轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)的任意旋轉(zhuǎn)方向，均能夠使旋轉(zhuǎn)軸23順暢旋轉(zhuǎn)。因此，與葉輪21連結(jié)的旋轉(zhuǎn)軸23順暢地逆轉(zhuǎn)。因此，經(jīng)由旋轉(zhuǎn)軸23與葉輪21連結(jié)的馬達(dá)22也逆轉(zhuǎn)。另一方面，對變換器3輸入傳達(dá)緊急停止的信號，由此，代替驅(qū)動電路31，再生電路32工作。再生電路32使馬達(dá)22作為發(fā)電機工作。即，當(dāng)葉輪21被逆流冷卻介質(zhì)氣體X4施力而逆轉(zhuǎn)時，再生電路32使馬達(dá)22作為發(fā)電機工作。當(dāng)馬達(dá)22作為發(fā)電機工作時，產(chǎn)生對于葉輪21的逆轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)阻力。然后，通過產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)阻力，對葉輪21的逆轉(zhuǎn)進(jìn)行制動。如果因逆流冷卻介質(zhì)氣體X4的流動而產(chǎn)生的作用力小于馬達(dá)22中產(chǎn)生的對葉輪21的旋轉(zhuǎn)阻力，則葉輪21的逆轉(zhuǎn)停止。并且，如果因逆流冷卻介質(zhì)氣體X4的流動而產(chǎn)生的作用力大于上述旋轉(zhuǎn)阻力，則葉輪21的逆轉(zhuǎn)被抑制。其結(jié)果，防止或抑制渦輪壓縮機2的逆轉(zhuǎn)，防止伴隨逆轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的振動等，防止渦輪壓縮機2的破損或噪聲等的不良情況。當(dāng)葉輪21被逆流冷卻介質(zhì)氣體X4施力而逆轉(zhuǎn)時，由作為發(fā)電機工作的馬達(dá)22產(chǎn)生電能。再生電路32回收由馬達(dá)22產(chǎn)生的電能，將其供給到主電源系統(tǒng)P。S卩，逆流冷卻介質(zhì)氣體X4的流動的能量被再次利用。另外，本實施方式的變換器3具有再生電路32，但是，也可以代替再生電路32而具有電阻電路。電阻電路是如下的電路當(dāng)葉輪21逆轉(zhuǎn)時使馬達(dá)22作為發(fā)電機工作，并且， 將由馬達(dá)22產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換為熱能。再生電路32將由馬達(dá)22產(chǎn)生的電能供給到主電源系統(tǒng)P。但是，在由馬達(dá)22產(chǎn)生的電壓低于主電源系統(tǒng)P中的電壓的情況下，無法將由馬達(dá) 22產(chǎn)生的電能供給到主電源系統(tǒng)P (再生失效)。當(dāng)發(fā)生再生失效時，無法產(chǎn)生對于葉輪21 的充分的旋轉(zhuǎn)阻力，所以通過使用電阻電路能夠得到穩(wěn)定的制動作用。另外，在使用電阻電路的情況下，電能被轉(zhuǎn)換為熱能并進(jìn)行散熱。并且，變換器3也可以構(gòu)成為具有再生電路32 和電阻電路雙方，根據(jù)由馬達(dá)22產(chǎn)生的電壓，來選擇再生電路32與電阻電路中進(jìn)行工作的電路。以上，渦輪制冷機1的停止時的動作完成。如上所述，本實施方式的變換器3具有再生電路32。因此，對葉輪21的逆轉(zhuǎn)進(jìn)行制動，防止或抑制渦輪壓縮機2的逆轉(zhuǎn)。由此，從渦輪制冷機1去除在第2流路R2中設(shè)置的用于防止逆流冷卻介質(zhì)氣體X4的流動的逆止閥。通過從第2流路R2去除逆止閥，第2 流路R2自身的流動阻力減少，將壓縮冷卻介質(zhì)氣體X2在第2流路R2內(nèi)流動時的壓力損失抑制為較低。將伴隨壓縮冷卻介質(zhì)氣體X2的流動的壓力損失抑制為較低，從而渦輪制冷機 1的制冷能力提高。
因此，根據(jù)本實施方式，得到以下效果。 根據(jù)本實施方式，變換器3使馬達(dá)22作為發(fā)電機工作，從而對葉輪21的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動。因此，能夠防止或抑制渦輪壓縮機2的逆轉(zhuǎn)。通過設(shè)置變換器3來防止或抑制渦輪壓縮機2的逆轉(zhuǎn)，所以能夠從渦輪制冷機1去除逆止閥。由此，將伴隨壓縮冷卻介質(zhì)氣體X2 的流動的壓力損失抑制為較低，渦輪制冷機1的冷凍能力提高。以上，參照

了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是本發(fā)明不限于該例子。上述例子所示的各結(jié)構(gòu)部件的各形狀和組合等是一例，能夠在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)根據(jù)設(shè)計要求等進(jìn)行各種變更。例如，在上述實施方式中，渦輪壓縮機2是僅具有葉輪21的一段型壓縮機，但是不限于該結(jié)構(gòu)，也可以是具有多個葉輪的多段型壓縮機。
權(quán)利要求
1.一種渦輪制冷機，該渦輪制冷機具有冷凝器，使壓縮后的冷卻介質(zhì)冷卻液化；蒸發(fā)器，使液化后的所述冷卻介質(zhì)蒸發(fā)而從冷卻對象物帶走氣化熱，從而對所述冷卻對象物進(jìn)行冷卻；以及渦輪壓縮機，利用由電動機驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)的葉輪的旋轉(zhuǎn)，對在蒸發(fā)器中蒸發(fā)的所述冷卻介質(zhì)進(jìn)行壓縮并供給到所述冷凝器，其中，具有制動裝置，當(dāng)所述葉輪被蒸發(fā)后的所述冷卻介質(zhì)施力而旋轉(zhuǎn)時，該制動裝置使所述電動機作為發(fā)電機工作，對所述葉輪的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪制冷機，其特征在于，所述制動裝置具有再生電路，該再生電路回收由所述電動機產(chǎn)生的電能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦輪制冷機，其特征在于，所述制動裝置具有電阻電路，該電阻電路將由所述電動機產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換為熱能。
全文摘要
本發(fā)明的渦輪制冷機具有冷凝器，使壓縮后的冷卻介質(zhì)冷卻液化；蒸發(fā)器，使液化后的冷卻介質(zhì)蒸發(fā)而從冷卻對象物帶走氣化熱從而對冷卻對象物進(jìn)行冷卻；以及渦輪壓縮機，通過由電動機驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)的葉輪的旋轉(zhuǎn)，對由該蒸發(fā)器蒸發(fā)的冷卻介質(zhì)進(jìn)行壓縮，將其供給到冷凝器。進(jìn)而，本發(fā)明的渦輪制冷機具有制動裝置，當(dāng)葉輪被蒸發(fā)后的冷卻介質(zhì)施力而旋轉(zhuǎn)時，該制動裝置使電動機作為發(fā)電機工作，對葉輪的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動。
文檔編號F25B11/00GK102221268SQ20111009230
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者杉谷宗寧, 藤咲克彌 申請人:株式會社 Ihi