CN105004083A - 涡轮机和制冷循环装置 - Google Patents

Abstract

一种涡轮机(1a)，是用于制冷循环装置的涡轮机，所述制冷循环装置使用了在常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂，该涡轮机(1a)具备旋转轴(10a)和用于支承旋转轴(10)的轴承(20)。旋转轴(10a)具有用于供给制冷剂来作为将旋转轴(10a)与轴承(20)之间润滑的润滑剂供给流路(30)。润滑剂供给流路(30)包括主流路(31)和副流路(32)。主流路(31)从形成于旋转轴的端部(11)的流入口(33)开始沿旋转轴(10a)的轴向延伸。副流路(32)从主流路(31)分支并延伸到形成于旋转轴(10a)的侧面的流出口(35)。

Description

涡轮机和制冷循环装置

技术领域

本申请涉及涡轮机，特别是涉及用于制冷循环装置的涡轮机，所述制冷循环装置使用了在常温(日本工业标准：20℃±15℃/JIS Z8703)下的饱和蒸气压为负压(以绝对压力计比大气压低的压力)的制冷剂。

背景技术

以往，使用氟利昂制冷剂或使用替代氟利昂的制冷剂的制冷循环装置被广泛利用。但是，这些制冷剂会引起臭氧层破坏或全球温室化等问题。因此，曾提出了作为对地球环境的负担极小的制冷剂使用水的制冷循环装置。

例如，在专利文献1中，如图12所示，记载了具备压缩机301、蒸发器302、冷凝器304、冷却塔316、和冷却水泵318的制冷机300。在制冷机300中使用水作为制冷剂。压缩机301具有旋转轴310、叶轮312、和轴承320。在压缩机301中，水作为润滑剂供给到轴承320。具体而言，利用冷却水泵318的排出压力，使向冷凝器304供给的冷却水的一部分被输送到轴承320。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开2010/010925号

发明内容

根据专利文献1所记载的制冷机，具有提高压缩机的可靠性的余地。因此，本申请提供一种用于制冷循环装置的具有高的可靠性的涡轮机，所述制冷循环装置使用了在常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂。

本申请提供一种涡轮机，其用于制冷循环装置，所述制冷循环装置使用了在常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂，

所述涡轮机具备旋转轴、和用于支承所述旋转轴的轴承，

所述旋转轴具有润滑剂供给流路，所述润滑剂供给流路包括主流路和副流路，所述主流路从形成于所述旋转轴的端部的流入口开始沿所述旋转轴的轴向延伸，所述副流路从所述主流路分支并延伸到形成于所述旋转轴的侧面的流出口，所述润滑剂供给流路用于供给所述制冷剂来作为将所述旋转轴与所述轴承之间润滑的润滑剂。

上述的涡轮机具有高的可靠性。

附图说明

图1是第1实施方式涉及的涡轮机的截面图。

图2是沿着图1的II-II线的旋转轴的截面图。

图3是变形例涉及的旋转轴的截面图。

图4是另一变形例涉及的旋转轴的截面图。

图5是另一变形例涉及的旋转轴和轴承的截面图。

图6是沿着图5的VI-VI线的旋转轴的截面图。

图7是另一变形例涉及的旋转轴和轴承的截面图。

图8是另一变形例涉及的旋转轴和轴承的截面图。

图9是表示具备图1的涡轮机的制冷循环装置的一例的构成图。

图10是表示具备图1的涡轮机的制冷循环装置的另一例的构成图。

图11是表示变形例涉及的冷凝机构的截面图。

图12是表示以往的制冷机的构成图。

附图标记说明

1a  涡轮机

2   蒸发机构

4   冷凝机构

5          主回路

6          蒸发侧循环回路

7          冷凝侧循环回路

10a～10f   旋转轴

11         旋转轴的端部

20         轴承

30         润滑剂供给流路

31         主流路

32         副流路

33         流入口

34         副流路的主流路侧的开口

34c        副流路的主流路侧的开口的中心

35         流出口

40         贮留部

61         吸热侧送液泵

62         吸热用热交换器

71         散热侧送液泵

72         散热用热交换器

具体实施方式

(成为本发明的基础的见解)

本发明人研究了涡轮机(以下称为研究阶段的涡轮机)，其用于制冷循环装置，所述制冷循环装置使用了在常温(日本工业标准：20℃±15℃/JIS Z8703)下的饱和蒸气压为负压(以绝对压力计比大气压低的压力)的制冷剂，所述涡轮机具备旋转轴、和支承旋转轴的轴承，并具有供给制冷剂来作为将旋转轴与轴承之间润滑的润滑剂的润滑剂供给流路。其结果，得到了以下的见解。

研究阶段的涡轮机，不是向轴承供给“润滑油”来作为润滑剂，而是供给作为制冷剂的“水”来作为润滑剂。因此，研究阶段的涡轮机在以下方面优异。即，在向轴承供给“润滑油”来作为润滑剂的情况下，润滑油和水混合而产生悬浮液，由此润滑性能显著降低。或者，如果该悬浮液向制冷循环装置中流出，则润滑油成为热阻而使制冷循环装置的性能降低。另一方面，研究阶段的涡轮机，向轴承供给作为制冷剂的“水”来作为润滑剂。因此，不会产生由润滑油和水的悬浮液造成的上述问题，能够抑制润滑性能显著降低。另外，能够使轴承的润滑剂的废弃变容易，能够简化涡轮机的构成和制冷循环装置的构成。

可是，本发明人发现研究阶段的涡轮机的可靠性不充分。其理由如下。在使用在常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂的制冷循环装置中，压缩机的内部的压力接近于制冷剂的饱和蒸气压。因此，在制冷循环装置的制冷剂作为润滑剂向压缩机的轴承供给时，制冷剂已经成为容易蒸发的状态。特别是在涡轮机中所使用的滑动轴承中，由于涡轮机的旋转轴的圆周速度为高速，因此发热量大。另外，涡轮机的旋转轴的圆周速度越大，旋转轴的被支承面与轴承的滑动面的间隙扩大的部分中的润滑剂的压力越容易成为负压。因此，旋转轴的转速越大，作为润滑剂供给的制冷剂中越容易发生气穴现象(cavitation)。其结果，在轴承中润滑剂的量不足，压缩机的可靠性受损。

因此，本发明人进行了下述研究：为了抑制轴承中的制冷剂的蒸发和气穴现象的发生，对作为润滑剂而向轴承供给的制冷剂赋予充分高的静压。例如研究了为了向润滑剂供给流路供给作为润滑剂的水而利用冷却水泵的排出压力。但是判明了：为了对作为润滑剂而向轴承供给的制冷剂赋予充分的静压，需要设置具有高的性能的冷却水泵、以及由此涡轮机的成本增大。

因此，本发明人进行了潜心研究，着眼于：在作为工作流体使用在常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂(例如水)的情况下，涡轮机中作为旋转体的转速需要极高的转速这一点。即，在使用在常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂来作为工作流体的制冷循环装置中，与使用在常温下的饱和蒸气压为正压的制冷剂来作为工作流体的制冷循环装置相比，要求在涡轮机中实现更高的压力比。因此，涡轮机中作为旋转体的转速需要极高的转速。考虑到如果能够将产生极高的转速的离心力用于制冷剂的加压，则即使不使用具有高的性能的冷却水泵也能够对作为润滑剂而向轴承供给的制冷剂赋予充分的高的静压。本发明人基于上述见解创作出以下说明的各方式的发明。

本申请的第1方式涉及的涡轮机，其用于制冷循环装置，所述制冷循环装置使用了在常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂，

所述涡轮机具备旋转轴、和支承所述旋转轴的轴承，

所述旋转轴在其内部具有包括主流路和副流路的润滑剂供给流路，所述主流路从形成于所述旋转轴的端部的流入口开始沿所述旋转轴的轴向延伸，所述副流路从所述主流路分支并延伸到形成于所述旋转轴的侧面的流出口，

所述润滑剂供给流路随着所述旋转轴的旋转而供给所述制冷剂来作为从所述流出口流出并将所述旋转轴与所述轴承之间润滑的润滑剂。

根据第1方式，作为润滑剂的制冷剂，随着旋转轴的旋转通过润滑剂供给流路，在被加压了的状态下向轴承供给。因此，作为润滑剂而供给的制冷剂的压力提高，在轴承中能够抑制作为润滑剂的制冷剂的蒸发或气穴现象的发生。另外，第1方式涉及的涡轮机是用于制冷循环装置的涡轮机，所述制冷循环装置使用了在常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂，所述涡轮机具有用于供给制冷剂来作为将旋转轴与轴承之间润滑的润滑剂的润滑剂供给流路。按照上述的那样，在作为工作流体使用在常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂的情况下，涡轮机中作为旋转体的转速需要极高的转速。因此，根据第1方式，能够将产生高的转速的离心力用于制冷剂的加压，因此能够对通过润滑剂供给流路向轴承供给的润滑剂施加高的压力。由此，能够防止轴承中的润滑剂的不足，涡轮机的可靠性提高。另外，能够抑制对用于向润滑剂供给流路供给作为润滑剂的制冷剂的、涡轮机的外部的泵要求的性能，因此能够使外部的泵小型化、或者能够降低制冷循环装置的成本。

例如，在使用水作为工作流体的情况下，在具有10kW级的制冷能力的制冷机中，涡轮机的旋转体的转速变得极高，为7.5～9万rpm左右。此时，向旋转轴与轴承之间供给的制冷剂液的压力虽也取决于设计，但大致为0.5～1MPaA左右。另一方面，在不使用第1方式的涡轮机的情况下，即，例如使用旋转轴不具备润滑剂供给流路的、上述的研究阶段的涡轮机的情况下，为了抑制轴承中的制冷剂的蒸发和气穴现象的发生，作为涡轮机的外部的泵的排出压力需要200～400KPaA。另一方面，第1方式的涡轮机的外部的泵的排出压力为50～80KPaA左右。这样，根据第1方式，能够抑制对涡轮机的外部的泵要求的性能，因此能够使外部的泵小型化、或者能够降低制冷循环装置的成本。

本申请的第1方式，与专利文献1中所公开的制冷机300相比，在以下方面优异。

例如，在制冷机300中，利用冷却水泵318的排出压力将作为润滑剂的水输送到轴承320，压缩机301的可靠性依赖于冷却水泵318的性能。根据冷却水泵318的性能，存在作为润滑剂而向轴承320供给的水的压力不足的可能性。该情况下，由于润滑剂的蒸发或润滑剂中的气穴现象的发生，而有轴承320中的润滑剂的量不足，压缩机301的可靠性降低的可能性。另外，为了提高压缩机301的可靠性，需要冷却水泵318具有高的性能，冷却水泵318将花费大量的成本。

与此相对，本申请的涡轮机具有润滑剂供给流路，所述润滑剂供给流路包括主流路和副流路，所述主流路从形成于旋转轴的端部的流入口开始沿旋转轴的轴向延伸，所述副流路从所述主流路分支并延伸到形成于旋转轴的侧面的流出口，所述润滑剂供给流路供给制冷剂来作为将旋转轴与轴承之间润滑的润滑剂。由此，通过伴随旋转轴的旋转的离心力，能够将润滑剂供给流路中的制冷剂加压，能够向旋转轴与轴承之间供给被加压了的制冷剂。即，润滑剂供给流路作为利用了旋转轴的旋转的泵机构发挥作用，因此即使不使用具有高的性能的冷却水泵，也能够抑制气穴现象的发生。

在本申请的第2方式中，第1方式涉及的涡轮机的所述副流路，可以沿着与所述主流路的中心轴线相交且相对于所述中心轴线垂直的直线延伸。根据第2方式，形成副流路时的旋转轴的加工容易。

在本申请的第3方式中，第1方式涉及的涡轮机的所述副流路的所述流出口，可以相对于将所述主流路的中心轴线(P)和所述副流路的所述主流路侧的开口的中心(34c)连结的直线与所述旋转轴的侧面相交的点(A)，位于所述旋转轴的旋转方向后方的位置。根据第3方式，作为润滑剂的制冷剂在润滑剂供给流路中流动时，作为润滑剂的制冷剂的压力降低较小，润滑剂供给流路中的制冷剂流中难以发生气穴现象。

在本申请的第4方式中，第1方式或第3方式涉及的涡轮机的所述副流路，可以在沿着所述旋转轴的轴向观察所述副流路时，从所述副流路中的、所述副流路的所述主流路侧的开口与所述流出口之间的位置向所述流出口扩展到所述旋转轴的旋转方向后方。根据第4方式，作为润滑剂的制冷剂在润滑剂供给流路中流动时，作为润滑剂的制冷剂的压力降低较小，润滑剂供给流路中的制冷剂流中难以发生气穴现象。

在本申请的第5方式中，第1方式～第4方式的任一方式涉及的涡轮机的所述润滑剂供给流路，可以包括沿着所述旋转轴的轴向配置的多个所述副流路。根据第5方式，通过润滑剂供给流路向轴承供给的作为润滑剂的制冷剂的量增加。由此，能够使轴承的冷却能力提高。

在本申请的第6方式中，第1方式～第5方式的任一方式涉及的涡轮机的所述副流路的中心轴线，可以在从相对于所述旋转轴的轴向垂直的方向观察所述副流路时，相对于所述主流路的中心轴线向所述旋转轴的轴向倾斜。根据第6方式，能够尽可能长地形成主流路，使冷却旋转轴的性能提高，并且在能够适当地向轴承供给润滑剂的位置形成流出口。另外，根据情况，也能够尽可能短地形成主流路，使旋转轴的加工简化，并且在能够适当地向轴承供给润滑剂的位置形成流出口。

在本申请的第7方式中，第1方式～第6方式的任一方式涉及的涡轮机可以进一步具备贮留部，所述贮留部在所述流入口侧与所述轴承相邻，贮留作为所述润滑剂的所述制冷剂，形成于所述旋转轴的所述端部的所述流入口，可以浸渍于贮留在所述贮留部中的作为所述润滑剂的所述制冷剂中。根据第7方式，能够通过贮留在贮留部中的润滑剂冷却轴承和旋转轴。

本申请的第8方式涉及的制冷循环装置，具备：

使在常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂循环的主回路，该主回路具有贮留制冷剂液并且使所述制冷剂液蒸发的蒸发机构、作为压缩制冷剂蒸气的压缩机的权利要求1～7的任一项所述的涡轮机、和使制冷剂蒸气冷凝并且贮留制冷剂液的冷凝机构，所述蒸发机构、所述涡轮机、和所述冷凝机构依次连接；

蒸发侧循环回路，其具有吸热侧送液泵和吸热用热交换器，且构成为贮留在所述蒸发机构中的制冷剂液通过所述吸热侧送液泵向所述吸热用热交换器供给，在所述吸热用热交换器中吸热了的制冷剂向所述蒸发机构返回；

冷凝侧循环回路，其具有散热侧送液泵和散热用热交换器，贮留在所述冷凝机构中的制冷剂液通过所述散热侧送液泵向所述散热用热交换器供给，在所述散热用热交换器中散热了的制冷剂向所述冷凝机构返回；和

上游侧供给流路，其在所述蒸发侧循环回路中的所述吸热侧送液泵的出口的下游的位置从所述蒸发侧循环回路分支、或者在所述冷凝侧循环回路中的所述散热侧送液泵的出口的下游的位置从所述冷凝侧循环回路分支，向所述润滑剂供给流路供给所述制冷剂。

根据第8方式，由吸热侧送液泵或散热侧送液泵加压了的制冷剂通过上游侧供给流路向润滑剂供给流路供给，因此能够进一步提高向轴承供给的作为润滑剂的制冷剂的压力。

以下，参照附图对本申请的实施方式进行说明。再者，以下的说明是关于本申请的一例的说明，本申请并不被这些说明限定。

<涡轮机>

如图1所示，涡轮机1a具备旋转轴10a和轴承20。涡轮机1a是用于制冷循环装置的涡轮机，所述制冷循环装置使用了在常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂。涡轮机1a典型为涡轮压缩机。涡轮机1a例如作为离心型、轴流型、或斜流型的流体机械而构成。轴承20是用于支承旋转轴10a的轴承，例如是支承旋转轴10a的半径方向(径向)的载荷的滑动轴承。在旋转轴10a上安装有叶轮12。另外，旋转轴10a与电动机(省略图示)连接。通过电动机的驱动，旋转轴10a和叶轮12进行旋转。由此，制冷循环装置的制冷剂被吸入到涡轮机1a的内部，在被压缩了的状态下从涡轮机1a排出。制冷剂只要在常温下的饱和蒸气压为负压就不作特别限定，例如可举出含有水、醇或醚来作为主成分的制冷剂。涡轮机1a以接近于制冷循环装置的制冷剂的饱和蒸气压的压力运转。涡轮机1a的入口的压力为例如0.5～5kPaA的范围。涡轮机1a的出口的压力为例如5～15kPaA的范围。

旋转轴10a具有润滑剂供给流路30。润滑剂供给流路30是用于供给制冷循环装置的制冷剂来作为将旋转轴10a与轴承20之间润滑的润滑剂的流路。在制冷循环装置的运转中，润滑剂供给流路30被制冷循环装置的制冷剂液充满。润滑剂供给流路30包括主流路31和副流路32。主流路31如图1所示，从形成于旋转轴10a的端部11的流入口33开始沿旋转轴10a的轴向延伸。副流路32从主流路31分支并延伸到形成于旋转轴10a的侧面的流出口35。如图1所示，副流路32形成为，流出口35与轴承20的滑动面相互面对。在图2中，润滑剂供给流路30包括在旋转轴10a的周向上排列的4个副流路32，润滑剂供给流路30也可以包括1个副流路32或在旋转轴10a的周向上排列的2～3或5个以上的副流路32。

在涡轮机1a的运转中，旋转轴10a以高速旋转。通过与该旋转轴10a的旋转相伴的离心力，润滑剂供给流路30中的制冷循环装置的制冷剂以被加压了的状态向旋转轴10a与轴承20之间供给。具体而言，从流入口33流入到主流路31中的制冷循环装置的制冷剂液，在主流路31中沿轴向流动。然后，制冷剂液被导入到副流路32，通过副流路32从流出口35流出。供给到旋转轴10a与轴承20之间的制冷剂液将旋转轴10a和轴承20润滑。这样，润滑剂供给流路30作为利用了旋转轴10a的旋转的泵机构发挥作用，作为润滑剂的制冷剂液以规定的压力向旋转轴10a与轴承20之间供给。按照上述的那样，涡轮机1a在接近于制冷循环装置的制冷剂的饱和蒸气压的压力下运转。但是，由于润滑剂供给流路30作为利用了旋转轴10a的旋转的泵机构发挥作用，因此向旋转轴10a与轴承20之间供给的制冷剂液的压力高。因此，能够抑制供给到旋转轴10a与轴承20之间的作为润滑剂的制冷剂液的蒸发、或该润滑剂中的气穴现象的发生。另外，旋转轴10a的转速越增大，通过润滑剂供给流路30向轴承20供给的润滑剂的压力越提高。由此，能防止轴承20中的润滑剂的不足，因此涡轮机1a具有高的可靠性。

另外，只要涡轮机1a的旋转轴10a进行旋转，就能够向轴承20供给润滑剂。例如，即使是因停电等而停止了向驱动旋转轴10a的电动机(省略图示)供电的情况，如果旋转轴10a进行着旋转，则也能够向轴承20供给润滑剂，因此能够使旋转轴10a安全地停止。

涡轮机1a具备外壳(casing)50。在外壳50的内部形成有贮留部40。即，涡轮机1a进一步具备贮留部40。贮留部40是用于贮留润滑剂的空间。在贮留部40中贮留有润滑剂。贮留部40在流入口33侧与轴承20相邻。另外，旋转轴10a的端部11浸渍于贮留在贮留部40中的润滑剂中。在外壳50上形成有供给孔41和排出孔42。制冷循环装置的特定位置的制冷剂，例如利用涡轮机1a的外部的泵，通过供给孔41而向贮留部40供给，作为润滑剂贮留在贮留部40中。另外，制冷剂通过排出孔42从贮留部40排出，向制冷循环装置的特定位置返回。贮留在贮留部40中的润滑剂，利用旋转轴10a的旋转，通过润滑剂供给流路30而向轴承20连续地供给。另外，轴承20和旋转轴10a被贮留在贮留部40中的润滑剂冷却。

如上所述，制冷循环装置，为了从制冷循环装置的特定位置向润滑剂供给流路30供给制冷剂来作为润滑剂，优选在涡轮机1a的外部具备泵。该情况下，优选外部的泵的排出压力确定为，流入口33处的制冷剂的压力为饱和蒸气压以上。由此，在润滑剂供给流路30中抑制气穴现象的发生，能够防止润滑剂向轴承20的供给量不足。另外，作为润滑剂的制冷剂通过在润滑剂供给流路30中通过，以高的压力被供给到旋转轴10a与轴承20之间，因此能够抑制对该外部的泵要求的性能。由此，能够使外部的泵小型化、或者能够降低制冷循环装置的成本。

例如，在使用水作为工作流体的情况下，在具有10kW级的制冷能力的制冷机中，涡轮机的旋转体的转速变得极高，为7.5～9万rpm左右。此时，向旋转轴与轴承之间供给的制冷剂液的压力虽也取决于设计，但大致为0.5～1MPaA左右。另一方面，在没有使用本申请的涡轮机的情况下，即，例如使用旋转轴不具备润滑剂供给流路的、上述的研究阶段的涡轮机的情况下，为了抑制轴承中的制冷剂的蒸发和气穴现象的发生，作为涡轮机的外部的泵的排出压力，需要200～400KPaA。另一方面，本实施方式的涡轮机的外部的泵的排出压力为50～80KPaA左右。这样，根据本实施方式，能够抑制对涡轮机的外部的泵要求的性能，因此能够使外部的泵小型化、或者能够降低制冷循环装置的成本。

如图2所示，副流路32形成为，副流路32的主流路31侧的开口34的中心与所述流出口35的中心的距离最短。副流路32笔直地延伸而形成。另外，副流路32形成为，将副流路32的主流路31侧的开口34的中心与所述流出口35的中心连结的直线，通过主流路31的中心轴线上的特定的点，并且，与主流路31的中心轴线正交。因此，形成副流路32时的旋转轴10a的加工容易。

(变形例)

上述的涡轮机1a能够从各种观点出发进行变更。以下，对涡轮机1a的变形例进行说明。与上述的涡轮机1a中的构成要素相同或对应的变形例的构成要素，附带相同标记并省略详细的说明。

涡轮机1a的旋转轴10a，可以如图3所示的旋转轴10b那样进行变更。在旋转轴10b中，副流路32形成为，流出口35相对于点A位于旋转轴10a的旋转方向后方的位置。点A是直线Q与旋转轴10a的侧面相交的点，所述直线Q是将主流路31的中心轴线P与副流路32的主流路侧的开口34的中心34c连接的、与主流路31的中心轴线P垂直的直线。在图3中，在涡轮机1a的工作中，旋转轴10b沿右旋(顺时针)方向旋转。在主流路31中流动的制冷剂向副流路32流入时，随着制冷剂的流动的变化，作为润滑剂的制冷剂的压力降低，有在润滑剂供给流路30中的制冷剂流中发生气穴现象的可能性。在旋转轴10b中，如果副流路32如上述那样形成，则在主流路31中流动的制冷剂向副流路32流入时，制冷剂的流速的变化小，能够抑制作为润滑剂的制冷剂的压力降低。因此，在润滑剂供给流路30中的制冷剂流中难以发生气穴现象。

涡轮机1a的旋转轴10a，可以如图4所示的旋转轴10c那样进行变更。在旋转轴10c中，从流入口33侧开始沿着旋转轴10c的轴向观察副流路32。此时，副流路32从副流路32中的、副流路32的主流路31侧的开口34与流出口35之间的位置向流出口35折曲到旋转轴10c的旋转方向后方。在图4中，在涡轮机1a的工作中，旋转轴10c沿右旋(顺时针)方向旋转。如果副流路32这样地形成，则作为润滑剂的制冷剂在副流路32中流动时，制冷剂的流速的变化小，能够抑制作为润滑剂的制冷剂的压力降低。因此，在润滑剂供给流路30中的制冷剂流中难以发生气穴现象。如图4所示，副流路32形成为，从副流路32折曲的位置朝向流出口35，副流路32的流路截面积扩大。由此，副流路32中的作为润滑剂的制冷剂容易通过流出口35而流出。

涡轮机1a的旋转轴10a，可以如图5和图6所示的旋转轴10d那样进行变更。如图5所示，在旋转轴10d中，润滑剂供给流路30包括沿旋转轴10d的轴向配置的多个副流路32。由此，通过润滑剂供给流路30向轴承20供给的作为润滑剂的制冷剂的量增加。另外，能够抑制向轴承20供给的制冷剂的量在旋转轴10d的轴向上不均。该情况下，如图6所示，润滑剂供给流路30具有副流路组，所述副流路组包含在旋转轴10d的周向上排列的多个(在图6为4个)副流路32。进而，润滑剂供给流路30具有在旋转轴10d的轴向上排列的多个副流路组。如图6所示，在旋转轴10d的轴向上排列的多个副流路组中，属于一个副流路组的多个副流路32，相对于属于别的副流路组的多个副流路32，相对于旋转轴10d的周向错开。具体而言，属于一个副流路组的多个副流路32，相对于属于别的副流路组的多个副流路32，错开约45°。由此，能够抑制向轴承20供给的制冷剂的量在旋转轴10d的周向上不均。再者，在旋转轴10d中，副流路32可以如图3和图4所示那样形成。

涡轮机1a的旋转轴10a，可以如图7所示的旋转轴10e或图8所示的旋转轴10f那样进行变更。在旋转轴10e或旋转轴10f中，副流路32形成为，副流路32的中心轴线L相对于主流路31的中心轴线P向旋转轴10e或旋转轴10f的轴向倾斜。副流路32形成为，在旋转轴10e的轴向上，流出口35相比于副流路32的主流路31侧的开口34离流入口33较近。如果这样形成副流路32，则能够尽可能长地形成主流路31而使冷却旋转轴10e的性能提高，并且能够为向轴承20供给润滑剂而在希望的位置形成流出口35。例如，能够在旋转轴10e的轴向上的轴承20的中央附近形成流出口35。

副流路32形成为，在旋转轴10f的轴向上，流出口35相比于副流路32的主流路31侧的开口34离流入口33较远。如果这样形成副流路32，则即使尽可能短地形成主流路31，将旋转轴10f的加工简化，也能够为向轴承供给润滑剂而在希望的位置形成流出口35。例如，能够在旋转轴10f的轴向上的、轴承20的中央附近形成流出口35。

<制冷循环装置>

接着，对具备上述的涡轮机1a的制冷循环装置进行说明。

如图9所示，制冷循环装置100a具备主回路5、蒸发侧循环回路6、冷凝侧循环回路7、和上游侧供给流路91a。主回路5具有蒸发机构2、涡轮机1a、和冷凝机构4。蒸发机构2贮留制冷剂液并且使制冷剂液蒸发。蒸发机构2例如由具有隔热性和耐压性的容器形成。涡轮机1a是将制冷剂蒸气压缩的压缩机。冷凝机构4使制冷剂蒸气冷凝并且贮留制冷剂液。冷凝机构4例如由具有隔热性和耐压性的容器形成。主回路5是蒸发机构2、涡轮机1a、和冷凝机构4依次连接而成的回路。蒸发机构2的出口和涡轮机1a的入口由流路5a连接。涡轮机1a的出口和冷凝机构4的入口由流路5b连接。冷凝机构4的出口和蒸发机构2的入口由流路5c连接。在主回路5中填充有以例如水、醇或醚为主成分的制冷剂，保持为比大气压低的负压状态。制冷循环装置100a构成例如制冷专用的空调装置。

蒸发侧循环回路6具有吸热侧送液泵61和吸热用热交换器62。另外，蒸发侧循环回路6构成为，贮留在蒸发机构2中的制冷剂液通过吸热侧送液泵61供给到吸热用热交换器62，在吸热用热交换器62中吸热了的制冷剂向蒸发机构2返回。在蒸发侧循环回路6中，蒸发机构2和吸热侧送液泵61的入口由流路6a连接。吸热侧送液泵61的出口和吸热用热交换器62的入口由流路6b连接。另外，吸热用热交换器62的出口和蒸发机构2由流路6c连接。通过在蒸发机构2中制冷剂蒸发而降温了的蒸发机构2的内部的制冷剂液，通过吸热侧送液泵61泵被送到吸热用热交换器62。制冷剂液在吸热用热交换器62中被加热，返回到蒸发机构2。再者，在流路6c中可以具备减压机构，所述减压机构用于使在吸热用热交换器26中吸热了的制冷剂减压。吸热用热交换器62，通过制冷剂在吸热用热交换器62中吸热而将室内的空气冷却。

冷凝侧循环回路7具有散热侧送液泵71和散热用热交换器72。另外，冷凝侧循环回路7构成为，贮留在冷凝机构4中的制冷剂液通过散热侧送液泵71供给到散热用热交换器72，在散热用热交换器72中散热了的制冷剂向冷凝机构4返回。在冷凝侧循环回路7中，冷凝机构4和散热侧送液泵71的入口由流路7a连接。散热侧送液泵71的出口和散热用热交换器72的入口由流路7b连接。另外，散热用热交换器72的出口和冷凝机构4由流路7c连接。在散热用热交换器72中被间接地冷却了的制冷剂通过流路7c被导入到冷凝机构4。由此，将在涡轮机1a中压缩了的制冷剂蒸气冷却并使其冷凝。通过该冷凝而升温了的冷凝机构4中的制冷剂液，通过散热侧送液泵71泵被压送到散热用热交换器72，在散热用热交换器72中被间接地冷却后，再次返回到冷凝机构4。在散热用热交换器72中，制冷剂相对于室外的空气进行散热。

上游侧供给流路91a在蒸发侧循环回路6中的吸热侧送液泵61的出口的下游的位置从蒸发侧循环回路6分支。上游侧供给流路91a是用于向涡轮机1a的润滑剂供给流路30供给制冷剂的流路。例如，上游侧供给流路91a在蒸发侧循环回路6中的吸热侧送液泵61的出口与吸热用热交换器62的入口之间从蒸发侧循环回路6分支。另外，上游侧供给流路91a，与润滑剂供给流路30连通地与涡轮机1a连接。例如，通过了上游侧供给流路91a的制冷剂，通过供给孔41被供给到贮留部40。这样，被吸热侧送液泵61加压了的制冷剂，通过上游侧供给流路91a向润滑剂供给流路30供给来作为润滑剂。该情况下，优选吸热侧送液泵61的排出压力确定为，在润滑剂供给流路30的流入口33处制冷剂的压力为饱和蒸气压以上。如果上游侧供给流路91a在蒸发侧循环回路6中的吸热侧送液泵61的出口与吸热用热交换器62的入口之间从蒸发侧循环回路6分支，则能够向润滑剂供给流路30供给较低温度的制冷剂。由此，能够提高采用润滑剂冷却旋转轴10a和轴承20的能力。

上游侧供给流路91a也可以在蒸发侧循环回路6中的吸热用热交换器62的出口与蒸发机构2之间从蒸发侧循环回路6分支。该情况下，也能够将制冷循环装置100a的制冷剂的一部分作为润滑剂向润滑剂供给流路30供给。

制冷循环装置100a进一步具备返回流路92a。返回流路92a是用于使通过上游侧供给流路91a而供给到润滑剂供给流路30的制冷剂向主回路5返回的流路。返回流路92a例如介由排出孔42与贮留部40连通。另外，返回流路92a与蒸发机构2连接。贮留在贮留部40中的制冷剂通过排出孔42被导入到返回流路92a，并流经返回流路92a而返回到蒸发机构2的内部。返回流路92a也可以与冷凝机构4连接，使得使制冷剂向冷凝机构4返回。

制冷循环装置100a例如可以构成能够进行供冷供热切换的空调装置。该情况下，配置于室内的室内热交换器和配置于室外的室外热交换器，介由四通阀与蒸发机构2和冷凝机构4连接。供冷运行时，室内热交换器作为吸热用热交换器62发挥作用，室外热交换器作为散热用热交换器72发挥作用。供暖运行时，室内热交换器作为散热用热交换器72发挥作用，室外热交换器作为吸热用热交换器62发挥作用。制冷循环装置100a例如可以构成冷却器(chiller)。吸热用热交换器62例如可以通过制冷剂的吸热将空气以外的气体或液体冷却。另外，散热用热交换器72例如可以通过制冷剂的散热将空气以外的气体或液体加热。吸热用热交换器62和散热用热交换器72只要是间接式的热交换器，就不特别限定。

制冷循环装置100a可以如图10所示的制冷循环装置100b那样进行变更。制冷循环装置100b，除了特别说明的情况以外，具有与制冷循环装置100a相同的构成。制冷循环装置100b的构成要素之中，与制冷循环装置100a的构成要素相同或对应的构成要素附带相同标记并省略详细的说明。对于制冷循环装置100a的说明，只要在技术上不矛盾，则也能够适用于制冷循环装置100b。

制冷循环装置100b具备上游侧供给流路91b和返回流路92b以代替上游侧供给流路91a和返回流路92a。上游侧供给流路91b在冷凝侧循环回路7中的散热侧送液泵71的出口的下游的位置从冷凝侧循环回路7分支。上游侧供给流路91b是用于向涡轮机1a的润滑剂供给流路30供给制冷剂的流路。例如，上游侧供给流路91b在冷凝侧循环回路7中的散热侧送液泵71的出口与散热用热交换器72的入口之间从冷凝侧循环回路7分支。另外，上游侧供给流路91b与润滑剂供给流路30连通地与涡轮机1a连接。例如，通过了上游侧供给流路91b的制冷剂，通过供给孔41而被供给到贮留部40。这样，由冷凝侧送液泵71加压了的制冷剂，通过上游侧供给流路91b向润滑剂供给流路30供给来作为润滑剂。该情况下，优选冷凝侧送液泵71的排出压力确定为，在润滑剂供给流路30的流入口33处制冷剂的压力为饱和蒸气压以上。

上游侧供给流路91b也可以在冷凝侧循环回路7中的、散热用热交换器72的出口与冷凝机构4之间从冷凝侧循环回路7分支。即使是该情况也能够将制冷循环装置100a的制冷剂的一部分作为润滑剂向润滑剂供给流路30供给。

返回流路92b是用于使通过上游侧供给流路91b供给到润滑剂供给流路30的制冷剂向主回路5返回的流路。返回流路92b例如介由排出孔42与贮留部40连通。另外，返回流路92b与冷凝机构4连接。贮留在贮留部40中的制冷剂通过排出孔42被导入到返回流路92b，并流经返回流路92b返回到冷凝机构4的内部。返回流路92b也可以与蒸发机构2连接，使得使制冷剂向蒸发机构2返回。

根据本实施方式，在涡轮机中作为润滑剂的制冷剂随着旋转轴的旋转通过润滑剂供给流路，以被加压了的状态向轴承供给。因此，作为润滑剂而供给的制冷剂的压力提高，在轴承中，作为润滑剂的制冷剂的蒸发或气穴现象的发生得到抑制。另外，根据本实施方式，作为润滑剂的制冷剂，是在常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂。按照上述的那样，在作为工作流体使用在常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂的情况下，作为涡轮机的旋转体的转速需要极高的转速。因此，根据本实施方式的制冷循环装置，能够将产生高的转速的离心力用于制冷剂的加压，因此能够对通过润滑剂供给流路向轴承供给的润滑剂施加高的压力。由此，能够防止轴承中的润滑剂的不足，涡轮机的可靠性提高。另外，能够抑制对用于将作为润滑剂的制冷剂向润滑剂供给流路供给的、涡轮机的外部的泵要求的性能，因此能够使外部的泵小型化、或者能够降低制冷循环装置的成本。

例如，在作为工作流体使用水的情况下，涡轮机的旋转体的转速变得极高，为7.5～9万rpm左右。此时，向旋转轴与轴承之间供给的制冷剂液的压力虽也取决于设计，但大致为0.5～1MPaA左右。另一方面，在没有使用本申请的涡轮机的情况下，即，例如使用旋转轴不具备润滑剂供给流路的、上述的研究阶段的涡轮机的情况下，为了抑制轴承中的制冷剂的蒸发和气穴现象的发生，作为涡轮机的外部的泵的排出压力需要300～500KPaA。另一方面，本实施方式的涡轮机的外部的泵(图9的吸热侧送液泵61)的排出压力为150～180KPaA左右。这样，根据本实施方式，能够抑制对涡轮机的外部的泵要求的性能，因此能够使外部的泵小型化、或者能够降低制冷循环装置的成本。

(变形例)

制冷循环装置100a和制冷循环装置100b，能够从各种观点出发进行变更。例如，涡轮机1a可以具有多级段的压缩机构。该情况下，可以在压缩机构之间具备用于冷却制冷剂的中间冷却器。涡轮机1a例如具有二级段的压缩机构的情况下，从第一级段的压缩机构排出的制冷剂蒸气的温度为例如110℃。另外，从第二级段的压缩机构排出的制冷剂蒸气温度为例如170℃。在第一级段的压缩机构与第二级段的压缩机构之间设有中间冷却器的情况下，由中间冷却器来冷却从第一级段的压缩机构排出的制冷剂蒸气。该情况下，被吸入到第二级段的压缩机构中的制冷剂蒸气的温度为例如45℃。

另外，涡轮机1a与另外的压缩机可以串联连接。该另外的压缩机可以是容积型的压缩机，也可以是涡轮压缩机。该情况下，在涡轮机1a与另外的压缩机之间可以具备中间冷却器。

在流路5c中可以设有毛细管、膨胀阀等膨胀机构。

在冷凝机构4中，可以使用图11所示的喷射器4b。如图11所示，喷射器4b具有第1喷嘴80、第2喷嘴81、混合部82、和扩散部83。流路7c与第1喷嘴80连接。通过流路7c从散热用热交换器72流出了的制冷剂液作为驱动流供给到第1喷嘴80。流路5b与第2喷嘴81连接。从第1喷嘴80喷射的制冷剂液的温度利用散热用热交换器72降低。因此，通过来自第1喷嘴80的制冷剂液的喷射，混合部82的压力变得低于流路5b的压力。其结果，具有大气压以下的压力的制冷剂蒸气通过流路5b，被连续地吸入到第2喷嘴81中。

一边由第1喷嘴80加速一边被喷射出的制冷剂液、和一边由第2喷嘴81膨胀和加速一边被喷射出的制冷剂蒸气在混合部82中被混合。而且，通过起因于制冷剂液与制冷剂蒸气之间的温度差的第1冷凝、和起因于基于制冷剂液与制冷剂蒸气之间的能量的输送以及制冷剂液与制冷剂蒸气之间的动量的输送的升压效果的第2冷凝，生成干燥度(干度：quality)小的制冷剂混合物。在该制冷剂混合物的干燥度不为零的情况下，通过制冷剂混合物的流速超过双相流的音速，引起急剧的压力上升，进一步促进冷凝。生成了的制冷剂混合物是液相状态或干燥度非常小的气液双相状态的制冷剂。然后，扩散部83通过将制冷剂混合物减速而使静压恢复。在这样的结构的喷射器4b中，制冷剂的温度和压力上升。

另外，喷射器4b具备针型阀84和伺服促动器85。喷射器84和伺服促动器85是用于调整作为驱动流的制冷剂液的流量的流量调整器。能够利用针型阀84变更第1喷嘴80的顶端的锐孔(orifice)的截面积。能够利用伺服促动器85调节针型阀84的位置。由此，能够调整在第1喷嘴80中流动的制冷剂液的流量。

本申请涉及的制冷循环装置，对家庭用空调器或工作用空调器特别有用。另外，本申请涉及的制冷循环装置也能够应用于冷却器或热泵。

Claims (8)

1.一种涡轮机，其用于制冷循环装置，所述制冷循环装置使用了在常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂，

所述涡轮机具备旋转轴、和支承所述旋转轴的轴承，

所述旋转轴在其内部具有包括主流路和副流路的润滑剂供给流路，所述主流路从形成于所述旋转轴的端部的流入口开始沿所述旋转轴的轴向延伸，所述副流路从所述主流路分支并延伸到形成于所述旋转轴的侧面的流出口，

所述润滑剂供给流路随着所述旋转轴的旋转而供给所述制冷剂来作为从所述流出口流出并将所述旋转轴与所述轴承之间润滑的润滑剂。

2.根据权利要求1所述的涡轮机，所述副流路沿着与所述主流路的中心轴线相交且相对于所述中心轴线垂直的直线延伸。

3.根据权利要求1所述的涡轮机，所述副流路的所述流出口相对于点(A)位于所述旋转轴的旋转方向后方的位置，所述点(A)是将所述主流路的中心轴线(P)和所述副流路的所述主流路侧的开口的中心(34c)连结的直线与所述旋转轴的侧面相交的点。

4.根据权利要求1所述的涡轮机，在沿着所述旋转轴的轴向观察所述副流路时，所述副流路从所述副流路中的、所述副流路的所述主流路侧的开口与所述流出口之间的位置朝向所述流出口扩展到所述旋转轴的旋转方向后方。

5.根据权利要求1所述的涡轮机，所述润滑剂供给流路包括沿着所述旋转轴的轴向配置的多个所述副流路。

6.根据权利要求1所述的涡轮机，在从相对于所述旋转轴的轴向垂直的方向观察所述副流路时，所述副流路的中心轴线相对于所述主流路的中心轴线向所述旋转轴的轴向倾斜。

7.根据权利要求1所述的涡轮机，

进一步具备贮留部，所述贮留部在所述流入口侧与所述轴承相邻，贮留作为所述润滑剂的所述制冷剂，

形成于所述旋转轴的所述端部的所述流入口，浸渍于贮留在所述贮留部中的作为所述润滑剂的所述制冷剂中。

8.一种制冷循环装置，具备：

使在常温下的饱和蒸气压为负压的制冷剂循环的主回路，该主回路具有贮留制冷剂液并且使所述制冷剂液蒸发的蒸发机构、作为压缩制冷剂蒸气的压缩机的权利要求1～7的任一项所述的涡轮机、以及使制冷剂蒸气冷凝并且贮留制冷剂液的冷凝机构，所述蒸发机构、所述涡轮机、和所述冷凝机构依次连接；

蒸发侧循环回路，其具有吸热侧送液泵和吸热用热交换器，贮留在所述蒸发机构中的制冷剂液通过所述吸热侧送液泵供给到所述吸热用热交换器，在所述吸热用热交换器中吸热了的制冷剂向所述蒸发机构返回；

冷凝侧循环回路，其具有散热侧送液泵和散热用热交换器，贮留在所述冷凝机构中的制冷剂液通过所述散热侧送液泵供给到所述散热用热交换器，在所述散热用热交换器中散热了的制冷剂向所述冷凝机构返回；和

上游侧供给流路，其在所述蒸发侧循环回路中的所述吸热侧送液泵的出口的下游的位置从所述蒸发侧循环回路分支、或者在所述冷凝侧循环回路中的所述散热侧送液泵的出口的下游的位置从所述冷凝侧循环回路分支，向所述润滑剂供给流路供给所述制冷剂。