特許 6808508 ターボ冷凍機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6808508

(24)【登録日】2020年12月11日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】ターボ冷凍機

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/053 20060101AFI20201221BHJP

【ＦＩ】

   F25B1/053 C

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-11944(P2017-11944)

(22)【出願日】2017年1月26日

(65)【公開番号】特開2018-119750(P2018-119750A)

(43)【公開日】2018年8月2日

【審査請求日】2019年9月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】503164502

【氏名又は名称】荏原冷熱システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(72)【発明者】

【氏名】和田 慎平

(72)【発明者】

【氏名】村越 将哉

【審査官】 飯星 潤耶

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−２２４２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１３３７５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １／００−４９／０４

Ｆ０４Ｄ １／００−３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、該ターボ圧縮機に設けられ潤滑油を貯留するギアケーシングとを備え、前記ターボ圧縮機の軸受を含む摺動部に潤滑油を給油して潤滑した後の潤滑油を前記ギアケーシングの下部に回収するように構成したターボ冷凍機において、
前記ギアケーシングと前記ターボ圧縮機の吸込側に設けられた吸入路管とを接続して前記ギアケーシング内の圧力をターボ圧縮機の吸込側圧力に均圧するための均圧管と、
前記均圧管の途中から分岐し、該均圧管の底部から下方に延びる分岐管とを備え、
前記分岐管の下端を前記ターボ圧縮機に設けられた前記ギアケーシング、または前記ギアケーシングとは別置の油タンクに接続したことを特徴とするターボ冷凍機。

【請求項2】

前記別置の油タンクへの接続箇所は、油タンクの液面より高い部分であることを特徴とする請求項１に記載のターボ冷凍機

【請求項3】

前記ターボ圧縮機に設けられた前記ギアケーシング内、または前記ギアケーシングとは別置の油タンク内の潤滑油を前記摺動部に給油する油ポンプを設けたことを特徴とする請求項１記載のターボ冷凍機。

【請求項4】

前記均圧管内を流れる流体は冷媒ガスと潤滑油とからなる混合流体であり、前記混合流体が前記分岐管に到達する前に前記冷媒ガスと前記潤滑油が分離可能な流速以下となるように、前記均圧管の内径を設定したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のターボ冷凍機。

【請求項5】

冷媒ガスを圧縮する直列、並列又は直並列接続された複数のターボ圧縮機を備え、前記複数のターボ圧縮機にそれぞれ設けられる前記ギアケーシングと、前記直列、並列又は直並列接続された複数のターボ圧縮機のうち圧力が一番低い吸入路管とを前記均圧管で接続したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のターボ冷凍機。

【請求項6】

前記均圧管から分岐する前記分岐管を前記複数のターボ圧縮機のそれぞれに対応させて設けたことを特徴とする請求項５記載のターボ冷凍機。

【請求項7】

前記複数のターボ圧縮機に設けられた各ギアケーシングから流出した流体を前記均圧管で合流させる合流箇所の下流側に前記分岐管を設けたことを特徴とする請求項５記載のターボ冷凍機。

【請求項8】

前記複数のターボ圧縮機のそれぞれの分岐管の下端を前記ギアケーシングとは別置の１つの油タンクに接続したことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載のターボ冷凍機。

【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、特にターボ圧縮機の軸受を含む摺動部に潤滑油を給油して潤滑した後の潤滑油をギアケーシングの下部に回収するように構成したターボ冷凍機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ターボ冷凍機は高速回転体であるターボ圧縮機を備えている。ターボ圧縮機は、高速回転体を支持する軸受や、高速回転体にトルクを伝える増速機を内蔵している。軸受および増速機での発熱は機械損失に相当するため、これら軸受および増速機を潤滑し、かつ軸受および増速機を冷却するために、圧縮機への潤滑油の供給が必須となる。そこで、圧縮機のギアケーシングの下部には油タンクが設けられ、油タンク内の潤滑油が油ポンプによって軸受および増速機に供給されるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−１８６０２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記ターボ圧縮機においては、ギアケーシング下部に設けられた油タンクを低圧雰囲気に維持することにより軸受等に供給された潤滑油が油タンクに戻り易くするために、ギアケーシングとターボ圧縮機の吸込側に設けられた吸入路管とを接続してギアケーシング内の圧力をターボ圧縮機の吸込側圧力に均圧するための均圧管が設置されている。
このように、ターボ圧縮機には、ギアケーシングとターボ圧縮機の吸込側に設けられた吸入路管とを接続する均圧管が設置されているため、ターボ冷凍機の運転中に一部の潤滑油がギアケーシングから均圧管を通して吸入路管へ冷媒ガスとともに同伴されてしまう。その結果、潤滑油は本来のギアケーシングの下部の油タンクに戻らずに、蒸発器などへ流れ、油タンクの液面が低下するという問題がある。

【0005】

本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、ターボ冷凍機の運転中に冷媒ガスに同伴して圧縮機のギアケーシングから均圧管に流れてきた潤滑油を冷媒ガスから分離し、分離した潤滑油を均圧管の底部から下方に延びる分岐管により回収することができる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】

上述の目的を達成するため、本発明の一態様は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機と、該ターボ圧縮機に設けられ潤滑油を貯留するギアケーシングとを備え、前記ターボ圧縮機の軸受を含む摺動部に潤滑油を給油して潤滑した後の潤滑油を前記ギアケーシングの下部に回収するように構成したターボ冷凍機において、前記ギアケーシングと前記ターボ圧縮機の吸込側に設けられた吸入路管とを接続して前記ギアケーシング内の圧力をターボ圧縮機の吸込側圧力に均圧するための均圧管と、前記均圧管の途中から分岐し、該均圧管の底部から下方に延びる分岐管とを備え、前記分岐管の下端を前記ターボ圧縮機に設けられた前記ギアケーシング、または前記ギアケーシングとは別置の油タンクに接続したことを特徴とする。

【0007】

本発明の好ましい態様は、前記別置の油タンクへの接続箇所は、油タンクの液面より高い部分であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ターボ圧縮機に設けられた前記ギアケーシング内、または前記ギアケーシングとは別置の油タンク内の潤滑油を前記摺動部に給油する油ポンプを設けたことを特徴とする。

【0008】

本発明の好ましい態様は、前記均圧管内を流れる流体は冷媒ガスと潤滑油とからなる混合流体であり、前記混合流体が前記分岐管に到達する前に前記冷媒ガスと前記潤滑油が分離可能な流速以下となるように、前記均圧管の内径を設定したことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、冷媒ガスを圧縮する直列、並列又は直並列接続された複数のターボ圧縮機を備え、前記複数のターボ圧縮機にそれぞれ設けられる前記ギアケーシングと、前記直列、並列又は直並列接続された複数のターボ圧縮機のうち圧力が一番低い吸入路管とを前記均圧管で接続したことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記均圧管から分岐する前記分岐管を前記複数のターボ圧縮機のそれぞれに対応させて設けたことを特徴とする。

【0009】

本発明の好ましい態様は、前記複数のターボ圧縮機に設けられた各ギアケーシングから流出した流体を前記均圧管で合流させる合流箇所の下流側に前記分岐管を設けたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数のターボ圧縮機のそれぞれの分岐管の下端を前記ギアケーシングとは別置の１つの油タンクに接続したことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、ターボ冷凍機の運転中に冷媒ガスに同伴して圧縮機のギアケーシングから均圧管に流れてきた潤滑油を冷媒ガスから分離し、分離した潤滑油を均圧管の底部から下方に延びる分岐管により回収することができる。したがって、ギアケーシングの下部にある油タンクまたはギアケーシングとは別置の油タンクに貯留された潤滑油の油面の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本発明に係るターボ冷凍機の第１の実施形態を示す模式図である。

【図2】図２は、本発明に係るターボ冷凍機の第２の実施形態を示す模式図である。

【図3】図３は、３台のターボ圧縮機が直並列接続された構成のターボ冷凍機を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明に係るターボ冷凍機の実施形態を図１乃至図３を参照して説明する。図１乃至図３において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明に係るターボ冷凍機の第１実施形態を示す模式図である。図１に示すように、ターボ冷凍機は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機１と、圧縮された冷媒ガスを冷却水（冷却流体）で冷却して凝縮させる凝縮器２と、冷水（被冷却流体）から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器３と、凝縮器２と蒸発器３との間に配置される中間冷却器であるエコノマイザ４とを備えている。

【0013】

ターボ圧縮機１、凝縮器２、エコノマイザ４、および蒸発器３は、冷媒が循環する冷媒配管５によって連結されている。凝縮器２とエコノマイザ４とを連結する冷媒配管５にはオリフィスが設けられ、エコノマイザ４と蒸発器とを連結する冷媒配管５にはオリフィスが設けられている。蒸発器３とターボ圧縮機１とを連結する冷媒配管５のうち、ターボ圧縮機１の吸込側に設けられた冷媒配管を吸入路管５ａと称する。

【0014】

ターボ圧縮機１は羽根車を複数備えた多段ターボ圧縮機から構成されている。ターボ圧縮機１は、冷媒配管５によってエコノマイザ４と接続されており、エコノマイザ４で分離された冷媒ガスはターボ圧縮機１の多段の圧縮段（この例では２段）の中間部分に導入されるようになっている。ターボ圧縮機１は軸受や増速機を収容するギアケーシング１１を備えており、ギアケーシング１１の下部には軸受と増速機に給油するための油タンク１２が設けられている。ギアケーシング１１の下部には油ポンプ１３が設置されており、この油ポンプ１３によって油タンク１２内の潤滑油が油供給配管１６を介してギアケーシング１１内の軸受や増速機に供給されるようになっている。ターボ圧縮機１には、ギアケーシング１１とターボ圧縮機１の吸込側に設けられた吸入路管５ａとを接続してギアケーシング１１内の圧力をターボ圧縮機１の吸込側圧力に均圧するための均圧管１４が設置されている。この均圧管１４によりギアケーシング１１の下部に設けられた油タンク１２を低圧雰囲気に維持することにより、軸受や増速機に供給された潤滑油が油タンク１２に戻り易くしている。

【0015】

図１に示すように構成されたターボ冷凍機の冷凍サイクルでは、ターボ圧縮機１と凝縮器２とエコノマイザ４と蒸発器３とを冷媒が循環し、蒸発器３で得られる冷熱源で冷水が製造されて負荷に対応し、冷凍サイクル内に取り込まれた蒸発器３からの熱量およびモータ１３から供給されるターボ圧縮機１の仕事に相当する熱量が凝縮器２に供給される冷却水に放出される。一方、エコノマイザ４にて分離された冷媒ガスはターボ圧縮機１の多段圧縮段の中間部分に導入され、一段目羽根車からの冷媒ガスと合流して二段目羽根車により圧縮される。２段圧縮単段エコノマイザサイクルによれば、エコノマイザ４による冷凍効果が付加されるので、その分だけ冷凍効果が増加し、エコノマイザ４を設置しない場合に比べて冷凍効果の高効率化を図ることができる。

【0016】

図１に示すように、ターボ圧縮機１には、ギアケーシング１１とターボ圧縮機１の吸込側に設けられた吸入路管５ａとを接続する均圧管１４が設置されているため、ターボ冷凍機の運転中に一部の潤滑油がギアケーシング１１から均圧管１４を通して吸入路管５ａへ冷媒ガスとともに同伴されてしまう。その結果、潤滑油は本来のギアケーシング１１の下部の油タンク１２に戻らずに、蒸発器３などへ流れ、油タンク１２の液面が低下するという問題がある。
そこで、本発明においては、図１に示すように、均圧管１４の途中から分岐し、均圧管１４の底部から下方に延びる分岐管１５を設置している。分岐管１５の下端は油タンク１２の液面より高い部分に接続されている。油タンク１２の液面より低い部分に接続すると、分岐管１５の下端が油タンク１２の一部となり、油タンク１２の油保有量が増加してしまうため、好ましくない。均圧管１４内を流れる流体の流速が所定の値以下、例えば、冷媒ＨＦＣ-２４５faとその潤滑油であれば、３ｍ／ｓｅｃ以下となるように、均圧管１４の内径を設定している。これにより、均圧管１４内を流れる流体の気液分離を促進し、潤滑油が重力で下方に分離されて均圧管１４の下部を流れるようにする。冷媒にはいくつかの冷媒があり、潤滑油にもいくつかの潤滑油がある。冷媒と潤滑油の組合せはいくつかあるので、均圧管１４内を流れる流体の流速の所定の値は、それらの組合せに応じて適宜実験により定めればよい。潤滑油が均圧管１４の下部を流れて分岐管１５に到達すると、潤滑油は分岐管１５を流れ落ちてギアケーシング１１の下部に設けられた油タンク１２に戻り、ギアケーシング外への流出を阻止し、油タンク１２の液面低下を防ぐことができる。なお、分岐管１５の接続先は、ギアケーシング１１とは別置の油タンクを設け、この別置の油タンクに接続してもよく、施工性や配管長を考慮して、どちらに接続するかを決めればよい。

【0017】

このように、本発明によれば、ターボ冷凍機の運転中に冷媒ガスに同伴して圧縮機のギアケーシング１１から均圧管１４に流れてきた潤滑油を冷媒ガスから分離し、分離した潤滑油を均圧管１４の底部から下方に延びる分岐管１５により回収することができる。したがって、ギアケーシング１１の下部にある油タンク１２またはギアケーシングとは別置の油タンクに貯留された潤滑油の油面の低下を防止することができる。

【0018】

ターボ圧縮機１で使用される潤滑油は、軸シール機構（図示せず）等を通じて僅かに冷媒系統に漏洩し、冷媒に溶解する。漏洩した潤滑油は、最も圧力の低い蒸発器３内の液相の冷媒中に溜まる。そこで、冷媒に含まれる潤滑油を蒸発器３から回収するために、エジェクタ１７を備えた油回収機構が設けられている。蒸発器３は油回収配管１８を介してエジェクタ１７に接続されている。油回収配管１８には、潤滑油を含んだ冷媒液を加熱するヒーター２１が設けられている。ターボ圧縮機１と凝縮器２とを接続する冷媒配管５から、駆動ガス供給配管１９が分岐し、この駆動ガス供給配管１９はエジェクタ１７に接続されている。エジェクタ１７の吐出口は、混合流体回収配管２０を介してギアケーシング１１の下部の中の気相部に接続されている。

【0019】

図１に示すように構成された油回収機構では、ターボ圧縮機１によって圧縮された高圧の冷媒ガスがエジェクタ１７を通過することによってエジェクタ１７内に負圧が形成され、蒸発器３内の潤滑油を含んだ冷媒液はエジェクタ１７に吸引される。エジェクタ１７に吸引された潤滑油を含んだ冷媒液は、油回収配管１８を通ってヒーター２１に導入され、駆動ガス供給配管１９を通る冷媒ガス（駆動ガス）により加熱される。その結果、冷媒液が気化し、その一方で潤滑油は液相のままである。加熱された潤滑油および気化した冷媒（すなわち冷媒ガス）は、エジェクタ１７に導入されて冷媒ガス（駆動ガス）と混合され、混合流体回収配管２０を通じてターボ圧縮機１のギアケーシング１１の下部に移送される。なお、冷凍容量を増すために、冷媒ガスを圧縮するターボ圧縮機を並列接続したターボ冷凍機でも同様である。

【0020】

図２は、本発明に係るターボ冷凍機の第２の実施形態を示す模式図である。図２に示すように、ターボ冷凍機は、冷媒ガスを多段に圧縮する第１のターボ圧縮機１−１，第２のターボ圧縮機１−２と、圧縮された冷媒ガスを冷却水（冷却流体）で冷却して凝縮させる凝縮器２と、ブライン（被冷却流体）から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器３と、凝縮器２と蒸発器３との間に配置される中間冷却器であるエコノマイザ４とを備え、これら各機器を冷媒が循環する冷媒配管５によって連結して構成されている。蒸発器３と第１のターボ圧縮機１−１とを連結する冷媒配管５のうち、第１のターボ圧縮機１−１の吸込側に設けられた冷媒配管を吸入路管５ａと称する。

【0021】

冷媒ガスを多段に圧縮する第１のターボ圧縮機１−１，第２のターボ圧縮機１−２は、エコノマイザ４を介して直列に接続されている。すなわち、蒸発器３から排出された低温低圧の冷媒ガスを第１のターボ圧縮機１−１で圧縮し、第１のターボ圧縮機１−１から吐出された冷媒ガスをエコノマイザ４を経由させて第２のターボ圧縮機１−２に導き、第２のターボ圧縮機１−２で更に圧縮して高温高圧の冷媒ガスにしている。

【0022】

第１のターボ圧縮機１−１，第２のターボ圧縮機１−２は、それぞれ軸受や増速機を収容するギアケーシング１１−１，１１−２を備えており、ギアケーシング１１−１，１１−２の下部には第１の油タンク１２−１，１２−２が設けられている。ギアケーシング１１−１，１１−２と第１のターボ圧縮機１−１の吸込側に設けられた吸入路管５ａとを接続してギアケーシング１１−１，１１−２内の圧力を第１のターボ圧縮機１−１の吸込側圧力に均圧するための均圧管１４が設置されている。この均圧管１４によりギアケーシング１１−１，１１−２の下部に設けられた第１の油タンク１２−１，１２−２を低圧雰囲気に維持することにより、軸受や増速機に供給された潤滑油が第１の油タンク１２−１，１２−２に戻り易くしている。ここで、本実施形態に係る多段の圧縮機を直列に接続した場合において、各々のギアケーシングの内圧の差により、ギアケーシングから漏れる油の量が異なるため、ギアケーシング内の液位に差が生じ、どちらか一方のギアケーシングの液位が低下する等の問題が発生する。これを解消するため、油タンク１２−１，１２−２は、油連絡配管２４，２５によって第２の油タンク２２と連通し、各々のギアケーシングから均圧管１４に至る配管に手動弁Ｖ１，Ｖ２を設け、手動弁Ｖ１，Ｖ２の開度を調整することで、油タンク１２−１，１２−２の液位がほぼ同一となるようにしてもよい。
このように、油タンク１２−１，１２−２の液位調整と、ギアケーシングに供給された潤滑油が羽根車軸や増速機軸を通じて、ギアケーシング外に流出しないようにする目的で、ギアケーシングと均圧管で接続する吸入路管は、圧力が一番低い吸入路管に接続している。

【0023】

図２に示すように構成された低温ターボ冷凍機の冷凍サイクルでは、第１のターボ圧縮機１−１，第２のターボ圧縮機１−２と凝縮器２と蒸発器３とエコノマイザ４とを冷媒が循環し、蒸発器３でブラインが低温（−５℃〜−２５℃）に冷却されて負荷に対応し、冷凍サイクル内に取り込まれた蒸発器３からの熱量および圧縮機モータから供給されるターボ圧縮機１−１，１−２の仕事に相当する熱量が凝縮器２に供給される冷却水に放出される。一方、エコノマイザ４にて分離されたガス冷媒は、第１のターボ圧縮機１−１からのガス冷媒と合流して第２のターボ圧縮機１−２により圧縮される。エコノマイザサイクルによれば、エコノマイザ４による冷凍効果部分が付加されるので、その分だけ冷凍効果が増加し、エコノマイザ４を設置しない場合に比べて冷凍効果の高効率化を図ることができる。

【0024】

図２に示すように、第１のターボ圧縮機１−１，第２のターボ圧縮機１−２には、ギアケーシング１１−１，１１−２と第１のターボ圧縮機１−１の吸込側に設けられた吸入路管５ａとを接続する均圧管１４が設置されているため、ターボ冷凍機の運転中に一部の潤滑油がギアケーシング１１−１，１１−２から均圧管１４を通して吸入路管５ａへ冷媒ガスとともに同伴されてしまう。その結果、潤滑油は本来のギアケーシング１１−１，１１−２の下部の第１の油タンク１２−１，１２−２に戻らずに、蒸発器３などへ流れ、第１の油タンク１２−１，１２−２の液面が低下するという問題がある。特に、図２に示すような低温用ターボ冷凍機の場合は、圧縮機を２台以上直列に接続するが、２台接続すると、圧縮機の吸込み口への潤滑油の漏れが２倍となり、低温になると、蒸発器３の圧力が低圧となり、エジェクタの吸込み圧力が低下するため潤滑油の回収量が少なくなるという問題がある。
そこで、図２に示すターボ冷凍機においては、均圧管１４の途中から分岐し、均圧管１４の底部から下方に延びる２本の分岐管１５−１，１５−２を設置している。分岐管１５−１の下端は第１のターボ圧縮機１−１の油タンク１２−１の液面より高い部分に接続されている。分岐管１５−２の下端は第２のターボ圧縮機１−２の油タンク１２−２の液面より高い部分に接続されている。油タンク１２−１，１２−２の液面より低い部分に接続すると、分岐管１５−１，１５−２の下端が油タンク１２−１，１２−２の一部となり、油タンク１２−１，１２−２の油保有量が増加してしまうため、好ましくない。均圧管１４内を流れる流体の流速が所定の値以下、例えば、冷媒ＨＦＣ-２４５faとその潤滑油であれば、３ｍ／ｓｅｃ以下となるように、均圧管１４の内径を設定している。これにより、均圧管１４内を流れる流体の気液分離を促進し、潤滑油が重力で下方に分離されて均圧管１４の下部を流れるようにする。冷媒にはいくつかの冷媒があり、潤滑油にもいくつかの潤滑油がある。冷媒と潤滑油の組合せはいくつかあるので、均圧管１４内を流れる流体の流速の所定の値は、それらの組合せに応じて適宜実験により定めればよい。潤滑油が均圧管１４の下部を流れて分岐管１５−１，１５−２に到達すると、潤滑油は分岐管１５−１，１５−２を流れ落ちてギアケーシング１１−１，１１−２の下部に設けられた第１の油タンク１２−１，１２−２に戻り、ギアケーシング外への流出を阻止し、油タンク１２−１，１２−２の液面低下を防ぐことができる。

【0025】

このように、本発明によれば、ターボ冷凍機の運転中に冷媒ガスに同伴して圧縮機のギアケーシング１１−１，１１−２から均圧管１４に流れてきた潤滑油を冷媒ガスから分離し、分離した潤滑油を均圧管１４の底部から下方に延びる分岐管１５−１，１５−２により回収することができる。したがって、ギアケーシングの下部にある第１の油タンク１２−１，１２−２またはギアケーシング１１−１，１１−２とは別置の第２の油タンク２２に貯留された潤滑油の油面の低下を防止することができる。

【0026】

第１のターボ圧縮機１−１、第２のターボ圧縮機１−２で使用される潤滑油は、軸シール機構（図示せず）等を通じて僅かに冷媒系統に漏洩し、冷媒に溶解する。漏洩した潤滑油は、最も圧力の低い蒸発器３内の液相の冷媒中に溜まる。そこで、冷媒に含まれる潤滑油を蒸発器３から回収するために、エジェクタ１７を備えた油回収機構が設けられている。蒸発器３は油回収配管１８を介してエジェクタ１７に接続されている。油回収配管１８には、潤滑油を含んだ冷媒液を加熱するヒーター２１が設けられている。第１のターボ圧縮機１−１とエコノマイザ４とを接続する冷媒配管５から、駆動ガス供給配管１９が分岐し、この駆動ガス供給配管１９はエジェクタ１７に接続されている。エジェクタ１７の吐出口は、混合流体回収配管２０を介して第１のターボ圧縮機１−１のギアケーシング１１−１の下部に接続されている。

【0027】

図２に示すように構成された油回収機構では、第１のターボ圧縮機１−１によって圧縮された高圧の冷媒ガスがエジェクタ１７を通過することによってエジェクタ１７内に負圧が形成され、蒸発器３内の潤滑油を含んだ冷媒液はエジェクタ１７に吸引される。エジェクタ１７に吸引された潤滑油を含んだ冷媒液は、油回収配管１８を通ってヒーター２１に導入され、駆動ガス供給配管１９を通る冷媒ガス（駆動ガス）により加熱される。その結果、冷媒液が気化し、その一方で潤滑油は液相のままである。加熱された潤滑油および気化した冷媒（すなわち冷媒ガス）は、エジェクタ１７に導入されて冷媒ガス（駆動ガス）と混合され、混合流体回収配管２０を通じて第１のターボ圧縮機１−１のギアケーシング１１−１の下部に移送される。

【0028】

図２に示すように、第１のターボ圧縮機１−１，第２のターボ圧縮機１−２におけるギアケーシング１１−１，１１−２の下部に設けられた第１の油タンク１２−１，１２−２の下方には、第２の油タンク２２が配設されている。第２の油タンク２２は、圧縮機に内蔵されたものではなく、圧縮機とは独立して設置されている。第１のターボ圧縮機１−１の第１の油タンク１２−１と第２の油タンク２２とは、油連絡配管２４により接続されている。したがって、第１のターボ圧縮機１−１の第１の油タンク１２−１内の潤滑油は油連絡配管２４を介して第２の油タンク２２に流入するようになっている。第２のターボ圧縮機１−２の第１の油タンク１２−２と第２の油タンク２２とは、油連絡配管２５により接続されている。したがって、第２のターボ圧縮機１−２の第１の油タンク１２−２内の潤滑油は油連絡配管２５を介して第２の油タンク２２に流入するようになっている。

【0029】

第２の油タンク２２には、第１のターボ圧縮機１−１の軸受や増速機に潤滑油を圧送するための第１の油ポンプ３１が配設されている。また、第２の油タンク２２には、第２のターボ圧縮機１−２の軸受や増速機に潤滑油を圧送するための第２の油ポンプ３２が配設されている。第２の油タンク２２のガス排出口２２ａと第１のターボ圧縮機１−１のギアケーシング１１−１のガス流入口１１ａとは、ガス連絡配管２６により接続されている。ガス連絡配管２６は、第１の油タンク１２−１の最高液位より上方の位置に接続されている。したがって、潤滑油に溶け込んだ冷媒ガスは、ガス連絡配管２６を介して第１の油タンク１２−１の油貯留部の上方の空間に戻されるようになっており、第２の油タンク２２は常に潤滑油で満たされるように構成されている。ガス連絡配管２６は、冷凍機の起動時に油に溶け込んだ冷媒ガスの排出が可能な流路断面積以上に設定されている。これにより油連絡配管２４内および油連絡配管２５内の油の連絡が途切れることなく、第１の油ポンプ３１および第２の油ポンプ３２の吸込み口に油の自重による押込み圧をかけ、ギアケーシング１１−１，１１−２の圧力が低下していても油ポンプ３１，３２でキャビテーションが発生することを防ぐことができる。

【0030】

図２に示すターボ冷凍機によれば、第１のターボ圧縮機１−１に内蔵する第１の油タンク１２−１および第２のターボ圧縮機１−２に内蔵する第１の油タンク１２−２の下方の位置に、別置きの第２の油タンク２２を設置し、第１の油タンク１２−１と第２の油タンク２２とを油連絡配管２４で接続し、第１の油タンク１２−２と第２の油タンク２２とを油連絡配管２５で接続している。そして、第２の油タンク２２に第１の油ポンプ３１を配設し、第１の油ポンプ３１により第１のターボ圧縮機１−１に潤滑油を供給し、第２の油タンク２２に第２の油ポンプ３２を配設し、第２の油ポンプ３２により第２のターボ圧縮機１−２に潤滑油を供給する。このように、第２の油タンク２２の設置位置を下方に下げた分、潤滑油の自重による液圧が油ポンプ３１，３２の吸込口にかかるため、油ポンプ３１，３２に必要なＮＰＳＨを確保することができる。したがって、ポンプにキャビテーションの発生等の性能低下がなく、圧縮機の軸受等の摺動部へ問題なく給油できるようになる。
図２においては、分岐管１５−１，１５−２の下端をギアケーシング１１−１，１１−２の下部に接続したが、分岐管１５−１，１５−２の下端を第２の油タンク２２に接続してもよい。

【0031】

次に、直列、並列又は直並列（直列と並列の組み合わせ）に接続された複数のターボ圧縮機を備えたターボ冷凍機について説明する。
図３は、３台のターボ圧縮機が直並列接続された構成のターボ冷凍機を示す模式図である。図３に示すように、ターボ冷凍機は、冷媒ガスを多段に圧縮する第１のターボ圧縮機１−１，第２のターボ圧縮機１−２，第３のターボ圧縮機１―３と、圧縮された冷媒ガスを温水または冷却水（冷却流体）で冷却して凝縮させる凝縮器２と、ブラインまたは冷水（被冷却流体）から熱を奪って冷媒が蒸発し冷凍効果を発揮する蒸発器３と、凝縮器２と蒸発器３との間に配置される中間冷却器であるエコノマイザ４とを備え、これら各機器を冷媒が循環する冷媒配管５によって連結して構成されている。蒸発器３と第１のターボ圧縮機１−１，第２のターボ圧縮機１−２とを連結する冷媒配管５のうち、第１のターボ圧縮機１−１，第２のターボ圧縮機１−２の吸込側に設けられた冷媒配管を吸入路管５ａと称する。

【0032】

図３に示すように、第１のターボ圧縮機１−１と第２のターボ圧縮機１−２とはエコノマイザ４に並列接続されており、第１のターボ圧縮機１−１と第２のターボ圧縮機１−２は、冷凍容量を増す目的で並列接続されている。すなわち、蒸発器３から排出された低温低圧の冷媒ガスを分岐した吸入路管５ａ，５ａを介して第１のターボ圧縮機１−１および第２のターボ圧縮機１−２に並行して導き、冷媒ガスを各圧縮機１−１，１−２で圧縮する。第１のターボ圧縮機１−１および第２のターボ圧縮機１−２と、第３のターボ圧縮機１−３とは、エコノマイザ４を介して直列に接続されている。すなわち、第１のターボ圧縮機１−１で圧縮された冷媒ガスおよび第２のターボ圧縮機１−２で圧縮された冷媒ガスをエコノマイザ４を経由させて第３のターボ圧縮機１−３に導き、第３のターボ圧縮機１−３で更に圧縮して高温高圧の冷媒ガスにしている。

【0033】

第１のターボ圧縮機１−１，第２のターボ圧縮機１−２，第３のターボ圧縮機１−３は、それぞれ軸受や増速機を収容するギアケーシング１１−１，１１−２，１１−３を備えており、ギアケーシング１１−１，１１−２，１１−３の下部には第１の油タンク１２−１，１２−２，１２−３が設けられている。ギアケーシング１１−１，１１−２，１１−３と、第１のターボ圧縮機１−１，第２のターボ圧縮機１−２の吸込側に設けられた吸入路管５ａとを接続してギアケーシング１１−１，１１−２，１１−３内の圧力を第１のターボ圧縮機１−１，第２のターボ圧縮機１−２の吸込側圧力に均圧するための均圧管１４が設置されている。この均圧管１４によりギアケーシング１１−１，１１−２，１１−３の下部に設けられた第１の油タンク１２−１，１２−２，１２−３を低圧雰囲気に維持することにより、軸受や増速機に供給された潤滑油が第１の油タンク１２−１，１２−２，１２−３に戻り易くしている。ここで、本実施形態に係る多段の圧縮機を直並列に接続した場合において、各々のギアケーシングの内圧の差により、ギアケーシングから漏れる油の量が異なるため、ギアケーシング内の液位に差が生じ、いずれかのギアケーシングの液位が低下する等の問題が発生する。これを解消するため、油タンク１２−１，１２−２，１２−３は、油連絡配管２４，２５，２７によって第２の油タンク２２と連通し、各々のギアケーシングから均圧管１４に至る配管に手動弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を設け、手動弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の開度を調整することで、油タンク１２−１，１２−２，１２−３の液位がほぼ同一となるようにしてもよい。
このように、油タンク１２−１，１２−２，１２−３の液位調整と、ギアケーシングに供給された潤滑油が羽根車軸や増速機軸を通じて、ギアケーシング外に流出しないようにする目的で、ギアケーシングと均圧管で接続する吸入路管は、圧力が一番低い吸入路管に接続している。

【0034】

図３に示すターボ冷凍機においては、均圧管１４の途中から分岐し、均圧管１４の底部から下方に延びる３本の分岐管１５−１，１５−２，１５−３を設置している。分岐管１５−１の下端は第１のターボ圧縮機１−１の油タンク１２−１の液面より高い部分に接続されている。分岐管１５−２の下端は第２のターボ圧縮機１−２の油タンク１２−２の液面より高い部分に接続されている。分岐管１５−３の下端は第３のターボ圧縮機１−３の油タンク１２−３の液面より高い部分に接続されている。油タンク１２−１，１２−２，１２−３の液面より低い部分に接続すると、分岐管１５−１，１５−２，１５−３の下端が油タンク１２−１，１２−２，１２−３の一部となり、油タンク１２−１，１２−２，１２−３の油保有量が増加してしまうため、好ましくない。均圧管１４内を流れる流体の流速が所定の値以下、例えば、冷媒ＨＦＣ-２４５faとその潤滑油であれば、３ｍ／ｓｅｃ以下となるように、均圧管１４の内径を設定している。これにより、均圧管１４内を流れる流体の気液分離を促進し、潤滑油が重力で下方に分離されて均圧管１４の下部を流れるようにする。冷媒にはいくつかの冷媒があり、潤滑油にもいくつかの潤滑油がある。冷媒と潤滑油の組合せはいくつかあるので、均圧管１４内を流れる流体の流速の所定の値は、それらの組合せに応じて適宜実験により定めればよい。潤滑油が均圧管１４の下部を流れて分岐管１５−１，１５−２，１５−３に到達すると、潤滑油は分岐管１５−１，１５−２，１５−３を流れ落ちてギアケーシング１１−１，１１−２，１１−３の下部に設けられた第１の油タンク１２−１，１２−２，１２−３に戻り、ギアケーシング外への流出を阻止し、油タンク１２−１，１２−２，１２−３の液面低下を防ぐことができる。

【0035】

このように、本発明によれば、ターボ冷凍機の運転中に冷媒ガスに同伴して圧縮機のギアケーシング１１−１，１１−２，１１−３から均圧管１４に流れてきた潤滑油を冷媒ガスから分離し、分離した潤滑油を均圧管１４の底部から下方に延びる分岐管１５−１，１５−２，１５−３により回収することができる。したがって、ギアケーシング１１−１，１１−２，１１−３の下部にある第１の油タンク１２−１，１２−２，１２−３またはギアケーシング１１−１，１１−２，１１−３とは別置の油タンク２２に貯留された潤滑油の油面の低下を防止することができる。本実施形態においても、冷媒に含まれる潤滑油を蒸発器３から回収するために、エジェクタ１７を備えた油回収機構が設けられている。蒸発器３は油回収配管１８を介してエジェクタ１７に接続されている。油回収配管１８には、潤滑油を含んだ冷媒液を加熱するヒーター２１が設けられている。第１のターボ圧縮機１−１とエコノマイザ４とを接続する冷媒配管５から、駆動ガス供給配管１９が分岐し、この駆動ガス供給配管１９はエジェクタ１７に接続されている。エジェクタ１７の吐出口は、混合流体回収配管２０を介して第１のターボ圧縮機１−１のギアケーシング１１−１の下部に接続されている。

【0036】

図３に示すように、第１のターボ圧縮機１−１，第２のターボ圧縮機１−２，第３のターボ圧縮機１−３におけるギアケーシング１１−１，１１−２，１１−３の下部に設けられた第１の油タンク１２−１，１２−２，１２−３の下方には、第２の油タンク２２が配設されている。第２の油タンク２２は、圧縮機に内蔵されたものではなく、圧縮機とは独立して設置されている。第１のターボ圧縮機１−１の第１の油タンク１２−１と第２の油タンク２２とは、油連絡配管２４により接続されている。第２のターボ圧縮機１−２の第１の油タンク１２−２と第２の油タンク２２とは、油連絡配管２５により接続されている。第３のターボ圧縮機１−３の第１の油タンク１２−３と第２の油タンク２２とは、油連結配管２７により接続されている。第２の油タンク２２のガス排出口２２ａと第２のターボ圧縮機１−２のギアケーシング１１−２のガス流入口１１ａとは、ガス連絡配管２６により接続されている。したがって、潤滑油に溶け込んだ冷媒ガスは、ガス連絡配管２６を介して第１の油タンク１２−２の油貯留部の上方の空間に戻されるようになっており、第２の油タンク２２は常に潤滑油で満たされるように構成されている。第２の油タンク２２には、第１のターボ圧縮機１−１の軸受や増速機に潤滑油を圧送するための第１の油ポンプ３１、第２のターボ圧縮機１−２の軸受や増速機に潤滑油を圧送するための第２の油ポンプ３２、第３のターボ圧縮機１−３の軸受や増速機に潤滑油を圧送するための第３の油ポンプ３３が配設されている。

【0037】

このように、第２の油タンク２２の設置位置を下方に下げた分、潤滑油の自重による液圧が油ポンプ３１，３２，３３の吸込口にかかるため、油ポンプ３１，３２，３３に必要なＮＰＳＨを確保することができる。したがって、ポンプにキャビテーションの発生等の性能低下がなく、圧縮機の軸受等の摺動部へ問題なく給油できるようになる。
図３においては、分岐管１５−１，１５−２，１５−３の下端をギアケーシング１１−１，１１−２，１１−３の下部に接続したが、分岐管１５−１，１５−２，１５−３の下端を第２の油タンク２２に接続してもよい。

【0038】

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。

【符号の説明】

【0039】

１ ターボ圧縮機
１−１ 第１のターボ圧縮機
１−２ 第２のターボ圧縮機
１−３ 第３のターボ圧縮機
２ 凝縮器
３ 蒸発器
４ エコノマイザ
５ 冷媒配管
５ａ 吸入路管
１１，１１−１，１１−２，１１−３ ギアケーシング
１２ 油タンク
１２−１，１２−２，１２−３ 第１の油タンク
１３ 油ポンプ
１４ 均圧管
１５，１５−１，１５−２，１５−３ 分岐管
１６ 油供給配管
１７ エジェクタ
１８ 油回収配管
１９ 駆動ガス供給配管
２０ 混合流体回収配管
２１ ヒーター
２２ 第２の油タンク
２４，２５，２７ 油連絡配管
２６ ガス連絡配管
３１ 第１の油ポンプ
３２ 第２の油ポンプ
３３ 第３の油ポンプ
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ 手動弁

【図1】

【図2】

【図3】