[发明专利]冷冻机以及冷冻机的运转方法

说明书

本发明的冷冻机及冷冻机的运转方法，所述冷冻机包括：冷却部，通过与制冷剂的热交换对冷却对象物进行冷却；膨胀机一体型压缩机，将用于压缩制冷剂的压缩机及用于使制冷剂膨胀的膨胀机一体化；制冷剂循环管路，以使制冷剂通过压缩机、膨胀机及冷却部循环的方式构成，其中包含串联设置的低级、中级及高级压缩机，所述膨胀机一体型压缩机包括：中级压缩机；膨胀机，使从中级压缩机喷出的制冷剂隔热膨胀及冷却；马达，输出轴连接于中级压缩机及膨胀机；至少一个非接触型轴承，配置在中级压缩机与膨胀机之间，非接触地支撑马达的输出轴；以及壳体，收容中级压缩机、膨胀机及非接触型轴承。由此，能够抑制膨胀机的隔热效率及冷冻机的冷冻性能的下降。

技术领域

本揭示涉及一种具备膨胀机一体型压缩机的冷冻机以及冷冻机的运转方法。

背景技术

已知有一种冷冻机，其使用布雷顿循环(Brayton Cycle)来作为冷冻循环，并具备可实现极低温的膨胀机一体型压缩机。而且，对于驱动膨胀机一体型压缩机的马达(motor)的输出轴的轴承，有使用磁力轴承等非接触型轴承者。非接触型轴承是非接触地支撑马达的输出轴等旋转轴，因此与以跟旋转轴接触的状态来支撑旋转轴的滚动轴承相比，无旋转轴之间的机械摩擦损耗，而且，由于无磨损，因此耐久性优异。因此，在马达转速大的情况等下，对于马达输出轴的轴承，使用磁力轴承等非接触型轴承。

专利文献1中，揭示了一种使用此种非接触型轴承的膨胀机一体型压缩机。关于该膨胀机一体型压缩机，揭示了一种磁力轴承式涡轮压缩机(turbine compressor)，其在轴(shaft)的一端安装有涡轮叶片，在另一端安装有压缩机叶片，利用磁力轴承来支撑轴。

若在冷冻机中使用专利文献1记载般的膨胀机一体型压缩机，则当流体在膨胀机中膨胀时产生的膨胀能量的一部分将被回收，所回收的膨胀能量被用作用于驱动压缩机的马达旋转轴的旋转能量。因此，马达的动力将降低，冷冻机的性能系数(Coefficient OfPerformance，COP)提高。

但是，伴随当今极低温技术的进展，为了实现使用布雷顿循环的冷冻机今后进一步的节能化，期望性能系数(COP)的进一步改善。

在膨胀机一体型压缩机中，存在下述问题：由于压缩机与膨胀机的压力差，制冷剂通过形成在壳体的内部空间的区域，从压缩机的背面侧泄漏到膨胀机侧而造成热侵入，从而导致膨胀机的隔热效率下降或导致冷冻机的COP下降。

另一方面，已知有一种冷冻机，其为了提高压缩机的压缩比以实现极低温，而将压缩机设为多级。

专利文献2中揭示了一种冷冻空调装置，进行将压缩机及膨胀机分别设为两级的二级压缩二级膨胀循环。该装置通过将使高级压缩机与一级及二级膨胀机设为一体的膨胀机一体型压缩机收容到密闭容器中，从而不需要压缩机与膨胀机间的密封(seal)。

专利文献3中，为了解决膨胀机一体型压缩机的所述问题，使泄漏制冷剂从设在壳体中的抽气管路(line)返回到压缩机的吸入侧或喷出侧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平7-91760公报

专利文献2：日本专利特开2005-98604号公报

专利文献3：国际申请(PCT/JP2014/077109)的说明书及附图(未公开)

发明内容

[发明所要解决的问题]

如前所述，在具备膨胀机一体型压缩机的冷冻机中，存在下述问题：从压缩机侧通过形成在膨胀机一体型压缩机的壳体内部空间的区域泄漏到膨胀机侧的高温制冷剂会导致冷冻机性能下降。

专利文献1及专利文献2中并未揭示解决所述问题的手段。