(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に固定され、翼面とエッジ面を含む複数のブレードを外周面に備えたインペラと、
前記翼面を囲み、前記エッジ面と平行な外壁を形成するシュラウドと、
前記インペラの出口に連結されたディフューザ通路に設けられ、前記シュラウドの外壁と接触しながら、前記シュラウドの外壁に沿ってスライド移動して前記ディフューザ通路を開閉させるリングバルブと、
前記ディフューザ通路中、前記リングバルブの外側で前記ディフューザ通路の円周方向に沿って設けられ、各々のベーン軸を備えた複数のベーンと、
前記リングバルブおよび前記複数のベーン軸と結合され、前記リングバルブの移動と前記ベーンの回転角を順次に制御するアクチュエータとを含み、
前記リングバルブは、前記インペラの出口側直径（Ｄ）に対して前記インペラの放射方向に沿って前記インペラの端部と下記条件（数１）の間隔Ｇを維持し、
【数１】
0005394509.tif 000007
前記インペラは、前記ブレード間の空間が前記シュラウドの内側で前記翼面を越えて互いに連通するように構成され、
前記アクチュエータは、
前記ベーン軸を囲む内側ガイドリングと、
前記インペラの放射方向に沿って前記内側ガイドリングと前記ベーン軸を貫通して前記内側ガイドリングと前記ベーン軸とを結合させる複数のボールレバーと、
前記内側ガイドリングを囲み、連結部によって前記リングバルブと一体に連結され、傾斜スライディングホールを備えた外側ガイドリングと、
前記傾斜スライディングホールを貫通して前記内側ガイドリングに固定される固定ピンとを含み、
前記ベーン軸、前記内側ガイドリング、および前記リングバルブはディフューザフレームによって支持される
ことを特徴とする気体圧縮機。
【請求項２】
前記ベーン軸は、前記インペラの放射方向に沿って前記ベーン軸を貫通する空洞を形成し、前記内側ガイドリングは、前記インペラの放射方向に沿って前記空洞と向き合う複数の開口部を形成することを特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。
【請求項３】
前記複数のボールレバーの各々は、前記内側ガイドリングの開口部の側壁に密着するボール部材と、前記空洞に嵌合されて前記ベーン軸に固定される支持部材とを含むことを特徴とする請求項２に記載の気体圧縮機。
【請求項４】
前記アクチュエータは、
前記内側ガイドリングの回転量を制限するストッパと、
前記外側ガイドリングに固定される制御ハンドルと、
前記ディフューザフレームと前記固定ピンとの間に設けられる弾性部材とをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。
【請求項５】
前記ストッパは、
前記内側ガイドリングの一面で円周方向に沿って距離をおいて位置する一対の第１棒と、
前記ディフューザフレームに固定され、その一部が前記一対の第１棒の間に位置するように突出する第２棒とを含むことを特徴とする請求項４に記載の気体圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体圧縮機に関し、より詳細には、インペラの出口に連結されたディフューザ通路に設けられ、失速（ｓｔａｌｌ）とサージ（ｓｕｒｇｅ）を防止する可変ディフューザシステムおよびこれを用いた気体圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の気体圧縮機は、回転するインペラに気体を通過させ、インペラの遠心圧縮力で気体を加速および圧縮させる。ディフューザ通路は、インペラの出口に連結され、騒音を低減し、送風効率を向上させながら、インペラから吐出された高速高圧の気体を減速させることにより、気体の運動エネルギーを圧力エネルギーに変換させる機能を果たす。
【０００３】
インペラを通過する気体の流量が減少したり、インペラの入口と出口との圧力差が小さくなると、気流が不安定になる。このため、ディフューザ通路で逆流が発生し、これにより、失速とサージ現象が現れる。さらに、気体の流量がさらに減少したり、インペラの入口と出口との圧力が等しくなると、ディフューザ通路で周期的に完全な逆流が発生するサージ状態に突入し、圧縮機の効率が大きく低下する。
【０００４】
そこで、失速とサージを最小化すると共に、流量を調節することができるように、ディフューザ通路の面積を変化させる可変ディフューザが提案されている。通常の可変ディフューザは、ディフューザ通路の円周方向に沿って配置される複数のベーンからなる。可変ディフューザは、流量が減少したり、インペラの入口と出口との圧力差が小さくなるほどディフューザ通路の面積を縮小させ、その逆の場合にはディフューザ通路の面積を拡大させることにより、気流を安定化する。
【０００５】
しかしながら、従来の可変ディフューザでは、インペラの出口を完全に密閉させることができず、インペラと可変ディフューザとの間の空間を通して気体の逆流を許容することになるため、失速とサージの予防には限界があった。また、従来の可変ディフューザは、流量制御範囲が制限的であるが、従来の可変ディフューザで制御可能な最大流量の範囲は定格流量の略４５％程度である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、可変ディフューザシステムを改善して気体の逆流を遮断することにより、失速とサージを効果的に予防することができる気体圧縮機を提供するためのものである。
【０００７】
また、本発明は、可変ディフューザシステムを改善して制御可能な最大流量の範囲を拡大させることができる気体圧縮機を提供するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態にかかる気体圧縮機は、ｉ）回転軸に固定され、翼面とエッジ面を含む複数のブレードを外周面に備えたインペラと、ｉｉ）翼面を囲み、エッジ面と平行な外壁を備えたシュラウドと、ｉｉｉ）インペラの出口に連結されたディフューザ通路に設けられ、ディフューザ通路を開閉させ、インペラの放射方向に沿ってインペラの端部と間隔を維持するリングバルブとを含む。リングバルブは、シュラウドの外壁と接触しながら、シュラウドの外壁に沿ってスライド移動する。
【０００９】
リングバルブは、インペラの放射方向に沿ってインペラの端部と下記条件（数１）の間隔Ｇを維持することができる。
【数１】
0005394509.tif 000002
【００１０】
ここで、Ｄは、インペラの出口側直径（ｍｍ）を示す。
【００１１】
気体圧縮機は、ディフューザ通路中、リングバルブの外側でディフューザ通路の円周方向に沿って設けられる複数のベーンをさらに含むことができる。
【００１２】
本発明の他の実施形態にかかる気体圧縮機は、ｉ）回転軸に固定され、翼面とエッジ面を含む複数のブレードを外周面に備えたインペラと、ｉｉ）翼面を囲むシュラウドと、ｉｉｉ）インペラの出口に連結されたディフューザ通路に設けられ、回転軸と並ぶ方向に沿って移動してディフューザ通路を開閉させるリングバルブと、ｉｖ）ディフューザ通路中、リングバルブの外側でディフューザ通路の円周方向に沿って設けられ、各々のベーン軸を備えた複数のベーンと、ｖ）リングバルブおよび複数のベーン軸と結合され、リングバルブの移動とベーンの回転角を順次に制御するアクチュエータとを含む。
【００１３】
リングバルブは、インペラの放射方向に沿ってインペラの端部と下記条件（数２）の間隔Ｇを維持することができる。
【数２】
0005394509.tif 000003
【００１４】
ここで、Ｄは、インペラの出口側直径（ｍｍ）を示す。
【００１５】
シュラウドの外壁は、エッジ面と平行であり、リングバルブは、シュラウドの外壁と接触しながら、シュラウドの外壁に沿ってスライド移動することができる。
【００１６】
インペラは、ブレード間の空間がシュラウドの内側で翼面を越えて互いに連通するように構成できる。他方、インペラは、ブレード間の空間が翼面側で蓋板によって互いに分離されるように構成できる。
【００１７】
アクチュエータは、ｉ）ベーン軸を囲む内側ガイドリングと、ｉｉ）インペラの放射方向に沿って内側ガイドリングとベーン軸を貫通して内側ガイドリングとベーン軸とを結合させる複数のボールレバーと、ｉｉｉ）内側ガイドリングを囲み、連結部によってリングバルブと一体に連結され、傾斜スライディングホールを備えた外側ガイドリングと、ｉｖ）傾斜スライディングホールを貫通して内側ガイドリングに固定される固定ピンとを含むことができる。気体圧縮機は、ベーン軸、内側ガイドリング、およびリングバルブを支持するディフューザフレームをさらに含むことができる。
【００１８】
ベーン軸は、インペラの放射方向に沿ってベーン軸を貫通する空洞を形成し、内側ガイドリングは、インペラの放射方向に沿って空洞と向き合う複数の開口部を形成することができる。複数のボールレバーの各々は、内側ガイドリングの開口部の側壁に密着するボール部材と、空洞に嵌合されてベーン軸に固定される支持部材とを含むことができる。
【００１９】
アクチュエータは、ｉ）内側ガイドリングの回転量を制限するストップ部材と、ｉｉ）外側ガイドリングに固定される制御ハンドルと、ｉｉｉ）ディフューザフレームと固定ピンとの間に設けられる弾性部材とをさらに含むことができる。
【００２０】
ストップ部材は、ｉ）内側ガイドリングの一面で円周方向に沿って距離をおいて位置する一対の第１棒と、ｉｉ）ディフューザフレームに固定され、その一部が一対の第１棒の間に位置するように突出する第２棒とを含むことができる。
【００２１】
他方、アクチュエータは、ｉ）ベーン軸に固定されるリンク部材と、ｉｉ）ベーン軸と距離をおいてリンク部材に固定されるガイド軸と、ｉｉｉ）一面にガイド軸を収容する第１ガイド溝を形成しながら、ガイド軸を移動させてベーン軸を回転させる制御部材とを含むことができる。
【００２２】
第１ガイド溝は、インペラの放射方向に沿って形成され、制御部材は、第１ガイド溝に連結されながら、制御部材の円周方向に沿って形成される第２ガイド溝をさらに含むことができる。気体圧縮機は、リングバルブを囲みながら、リングバルブとベーン軸および制御部材を支持するディフューザフレームをさらに含み、ディフューザフレームは、リングバルブと重なる領域に傾斜スライディングホールを形成することができる。
【００２３】
制御部材は、第２ガイド溝に連結されながら、制御部材の内面に形成される第３ガイド溝をさらに含むことができる。アクチュエータは、傾斜スライディングホールを貫通して一端がリングバルブに固定され、他の一端が第３ガイド溝に収容される固定キーをさらに含むことができる。
【００２４】
ディフューザフレームは、回転軸と並ぶ方向に沿ってベーン軸が貫通する複数のベーンホールを形成し、傾斜スライディングホールは、隣り合わせの２つのベーンホール間でベーンホールと離隔配置できる。制御部材は、気体圧縮機の動作条件を感知する制御部に接続され、制御部の命令によって作動することができる。
【００２５】
他方、アクチュエータは、ｉ）複数のベーン軸と結合され、ベーンの回転角を制御する第１アクチュエータと、ｉｉ）リングバルブと結合され、リングバルブの移動を制御する第２アクチュエータとを含むことができる。第１アクチュエータは、ｉ）ベーン軸に固定されるリンク部材と、ｉｉ）ベーン軸と距離をおいてリンク部材に固定されるガイド軸と、ｉｉｉ）一面にガイド軸を収容する第１ガイド溝を形成しながら、ガイド軸を移動させてベーン軸を回転させる制御部材とを含むことができる。
【００２６】
第１ガイド溝は、インペラの放射方向に沿って形成され、制御部材は、第１ガイド溝に連結されながら、制御部材の円周方向に沿って形成される第２ガイド溝をさらに含むことができる。
【００２７】
リングバルブは、外面に拡張リングを形成し、第２アクチュエータは、ｉ）ディフューザ通路に向かう拡張リングの一面に向かって圧縮空気を噴射する第１ノズルと、ｉｉ）ディフューザ通路から遠く離れた拡張リングの反対側の一面に向かって圧縮空気を噴射する第２ノズルとを含むことができる。
【００２８】
気体圧縮機は、ディフューザフレームとリングバルブとの間に設けられるトップカバーをさらに含むことができる。第１ノズルは、トップカバーとディフューザフレームにかけて形成され、第２ノズルは、トップカバーに形成できる。制御部材と第１ノズルおよび第２ノズルは、気体圧縮機の動作条件を感知する制御部に接続され、制御部の命令によって作動することができる。
【００２９】
本発明の一実施形態にかかる気体圧縮機の流量制御方法は、ｉ）初期稼動時、リングバルブを閉じてディフューザ通路を密閉させ、複数のベーンを閉じてリングバルブの外側でディフューザ通路の面積を縮小させる第１ステップと、ｉｉ）定格稼動のために、リングバルブを開けてディフューザ通路を開放させる第２ステップと、ｉｉｉ）複数のベーンを開けてリングバルブの外側でディフューザ通路の面積を拡大させる第３ステップとを含む。
【００３０】
気体圧縮機の流量制御方法は、第３ステップの後、作動停止のために、ｉ）複数のベーンを閉じてリングバルブの外側でディフューザ通路の面積を縮小させる第４ステップと、ｉｉ）リングバルブを閉じてディフューザ通路を密閉させる第５ステップとをさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００３１】
本実施形態にかかる気体圧縮機は、圧縮気体がインペラを抜けることができないようにするか、使用先の圧縮気体がインペラに逆流することができないように、インペラの出口全体を閉鎖するリングバルブを備える。したがって、初期稼動時、無負荷運転が可能であり、起動および停止時、気体の逆流による失速とサージの発生を効果的に遮断することができる。そして、リングバルブと複数のベーンとを連動させて駆動することにより、制御可能な最大流量の範囲を拡大させることができる。
【００３２】
また、本実施形態にかかる気体圧縮機は、単一のアクチュエータを用いてリングバルブの移動とベーンの回転角を順次に制御することにより、リングバルブとベーンの回転角を制御するための可変ディフューザシステムの機構的構成を単純化することができる。したがって、部品の製作と組立を容易にし、製造費用を節減することができる。
【００３３】
さらに、本実施形態にかかる気体圧縮機では、リングバルブの作動時、騒音がほとんど発生しないため、消音器を装着する必要がなく、圧縮気体を大気と連通させて圧縮気体の流れを制御する構成ではないことから、配管の設置を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる気体圧縮機の部分断面図である。
【図２】図１に示す気体圧縮機の部分拡大図である。
【図３】図１に示す気体圧縮機におけるインペラとリングバルブを概略的に示す平面図である。
【図４】比較例の気体圧縮機におけるインペラとリングバルブを概略的に示す平面図である。
【図５】リングバルブとインペラの端部との間隔の変化に応じた振動状態を測定して示すグラフである。
【図６】図１に示す気体圧縮機における可変ディフューザシステムの分解斜視図である。
【図７】図１に示す気体圧縮機における可変ディフューザシステムの分解斜視図である。
【図８】図７に示す可変ディフューザシステムにおける外側ガイドリングとリングバルブおよび連結部の断面図である。
【図９】図１に示す気体圧縮機における可変ディフューザシステムの結合状態を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第１実施形態にかかる気体圧縮機で流量制御方法を説明するための可変ディフューザシステムの概略図である。
【図１１】本発明の第１実施形態にかかる気体圧縮機で流量制御方法を説明するための可変ディフューザシステムの概略図である。
【図１２】本発明の第１実施形態にかかる気体圧縮機で流量制御方法を説明するための可変ディフューザシステムの概略図である。
【図１３】本発明の第１実施形態にかかる気体圧縮機で流量制御方法を説明するための可変ディフューザシステムの概略図である。
【図１４】本発明の第２実施形態にかかる気体圧縮機の部分断面図である。
【図１５】図１４に示す気体圧縮機の部分拡大図である。
【図１６】図１４に示す気体圧縮機における可変ディフューザシステムの分解斜視図である。
【図１７】図１６の部分拡大図である。
【図１８】図１７に示すディフューザフレームとリングバルブとの結合状態を示す斜視図である。
【図１９】図１４に示す気体圧縮機における可変ディフューザシステムの右側面図である。
【図２０】図１９に示す可変ディフューザシステムの構成で制御部材の一部とガイド軸および固定キーを示す部分拡大斜視図である。
【図２１】図１９に示す（イ）地点でリングバルブとベーンの状態を示す斜視図である。
【図２２】図１９に示す（ロ）地点でリングバルブとベーンの状態を示す斜視図である。
【図２３】図１９に示す（ハ）地点でリングバルブとベーンの状態を示す斜視図である。
【図２４】本発明の第３実施形態にかかる気体圧縮機の部分断面図である。
【図２５】図２４に示す気体圧縮機における可変ディフューザシステムの分解斜視図である。
【図２６】図２４に示す可変ディフューザシステムの右側面図である。
【図２７】図２４に示す気体圧縮機の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、添付した図面を参考にして、本発明の実施形態について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は、種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。
【００３６】
図１は、本発明の第１実施形態にかかる気体圧縮機１００の部分断面図である。
【００３７】
図１を参照すると、第１実施形態の気体圧縮機１００は、回転軸１１と、インペラ１２と、シュラウド１３と、リングバルブ１４と、複数のベーン１５（図１では１つのベーンを示す）と、アクチュエータ２０とを含む。図１に示す気体圧縮機１００は、回転軸１１の中心線（Ａ−Ａ線）を基準として左右対称をなす。
【００３８】
インペラ１２は、回転軸１１に固定され、回転軸１１は、図示しないモータの回転軸に結合される。インペラ１２の外周面には、曲げられた放射形態からなる複数のブレード１６が形成される。ブレード１６は、所定の曲率で形成される翼面１６１と、翼面１６１に連結され、回転軸１１と平行をなすエッジ面１６２とを含む。シュラウド１３は、ブレード１６の翼面１６１と一定の間隔をおいてインペラ１２を囲むように設けられる。
【００３９】
モータの作動によってインペラ１２が回転すると、外部気体が回転するインペラ１２に流入し、ブレード１６間の空間を通過しながら加速および圧縮された後、ブレード１６のエッジ面１６２の外側に排出される。図１で気体の流入方向と排出方向を矢印で示した。本実施形態において、「インペラの出口」とは、圧縮された気体が排出されるインペラ１２の端部の周囲を意味する。
【００４０】
インペラ１２の出口の外側にディフューザ通路１７が位置する。ディフューザ通路１７は、排出スクロール１８とディフューザフレーム３０との間に形成される空間であって、所定の高さと幅を有する環状に提供される。ディフューザ通路１７は、排出スクロール１８の内部通路に連結され、インペラ１２から排出された高速高圧の気体を拡散および減速させ、気体の運動エネルギーを圧力エネルギーに変換させる機能を果たす。
【００４１】
本実施形態において、リングバルブ１４、複数のベーン１５、およびアクチュエータ２０が可変ディフューザシステムを構成する。リングバルブ１４は、ディフューザ通路１７を開閉するように作動し、初期稼動時、ディフューザ通路１７を密閉させ、失速とサージを防止する。複数のベーン１５は、回転角が変化するように作動し、リングバルブ１４の外側でディフューザ通路１７の面積を変化させ、気流を安定化させる。アクチュエータ２０は、リングバルブ１４および複数のベーン１５と機構的に結合され、リングバルブ１４の移動とベーン１５の回転角を順次に制御する。
【００４２】
図２は、図１に示す気体圧縮機１００の部分拡大図であって、リングバルブ１４が排出スクロール１８に向かって下降してディフューザ通路１７を密閉させた状態を示している。図３は、図１に示す気体圧縮機１００におけるインペラ１２とリングバルブ１４を概略的に示す平面図である。
【００４３】
図２と図３を参照すると、シュラウド１３の外壁１３１は、ブレード１６のエッジ面１６２と平行で、インペラ１２の放射方向に沿ってエッジ面１６２およびインペラ１２の端部と所定の間隔を維持する。ここで、「放射方向」とは、インペラ１２の中心から回転軸１１と直交する方向に沿って四方に伸びていく方向と定義する。
【００４４】
リングバルブ１４は、シュラウド１３の外壁と接触し、シュラウド１３の外壁１３１に沿ってスライド移動してディフューザ通路１７を開閉させる。したがって、リングバルブ１４は、排出スクロール１８に向かって下降してディフューザ通路１７を密閉させる時、エッジ面１６２およびインペラ１２の端部と所定の間隔を維持する。
【００４５】
本実施形態において、インペラ１２の放射方向に沿って測定されるリングバルブ１４とインペラ１２の端部との間隔Ｇ（図２の拡大円および図３参照）は、インペラ１２の出口側直径Ｄ（ｍｍ）（図３参照）に応じて下記条件（１）（数３）を満足するように設定される。
【数３】
0005394509.tif 000004
【００４６】
間隔Ｇの最小値は、インペラ１２とリングバルブ１４の熱膨張および回転軸１１の半径方向の遊びなどの制限事項を考慮したものである。つまり、間隔Ｇが０．００２Ｄ未満であれば、インペラ１２とリングバルブ１４の熱膨張によってインペラ１２とリングバルブ１４とが接触し得、設置過程において回転軸１１とインペラ１２との遊びを精密に調整するのに困難が生じる。また、組立精度が低い場合、気体圧縮機１００の作動時、インペラ１２がリングバルブ１４に当たる恐れがある。
【００４７】
間隔Ｇの最大値は、失速とサージを予防するリングバルブ１４の機能性を考慮したものである。つまり、間隔Ｇが０．００８Ｄを超えると、インペラ１２とリングバルブ１４との間の空間を通して気体の逆流を許容することにより、失速とサージが発生し、その結果、気体圧縮機１００の安定性と効率を大きく低下させる。第１実施形態の気体圧縮機１００は、リングバルブ１４とインペラ１２の端部との間隔Ｇを、条件（１）の範囲のうち、最小値に近接するように設定するほど高い効率を実現することができる。
【００４８】
インペラ１２の出口側直径Ｄは、１０ｍｍ〜８００ｍｍであり得、この場合、リングバルブ１４とインペラ１２の端部との間隔Ｇは、条件（１）により０．０２ｍｍ〜６．４ｍｍに設定される。気体圧縮機１００が７０００ｒｐｍ以上の高速気体圧縮機の場合、正格風量と圧力によって差はあるが、インペラ１２の出口側直径Ｄが５０ｍｍの時、間隔Ｇは０．２ｍｍであり得、インペラ１２の出口側直径Ｄが５００ｍｍの時、間隔Ｇは２ｍｍであり得る。
【００４９】
図４は、リングバルブ１４’とインペラ１２の端部との間隔Ｇ２が０．００８Ｄを超える比較例の気体圧縮機におけるインペラ１２とリングバルブ１４’を概略的に示す平面図である。図３と図４を参考にして、条件（１）を満足する実施形態の気体圧縮機と、条件（１）を満足しない比較例の気体圧縮機とで安定性および効率の差が発生する理由について説明する。図３と図４において、矢印「Ｂ」は、インペラ１２の回転方向を示す。
【００５０】
まず、図３を参照すると、本実施形態の気体圧縮機１００において、リングバルブ１４は、インペラ１２の周りに沿ってインペラ１２の端部と条件（１）を満足する間隔Ｇを維持する。例えば、インペラ１２の出口側直径Ｄが２００ｍｍの時、間隔Ｇは０．４ｍｍ〜１．６ｍｍの範囲に設定される。
【００５１】
本実施形態の気体圧縮機１００において、リングバルブ１４を下降させてディフューザ通路１７を密閉させると、インペラ１２は、外部気体が流入する入口を除いて、シュラウド１３とリングバルブ１４によって完全に囲まれる。この状態で初期稼動を始めると、ブレード１６間の空間１９で圧縮された気体は、インペラ１２の外側に吐出されず、遠心力のためにインペラ１２に逆らって逆流することもできないまま、同じ空間でそのまま回転を継続するようになる。
【００５２】
図３で圧縮気体の回転方向を点線矢印で示した。したがって、ブレード１６間の空間１９全体が圧縮された気体で満たされ、インペラ１２の入口ではそれ以上の外部気体が吸入されない。
【００５３】
その結果、初期稼動時、最小量の気体吸入のほか、追加に気体が吸入されない状態で正格回転数まで上昇するため、無負荷運転が可能になり、気体の逆流による失速とサージを予防することができる。また、排出スクロール１８に連結された使用先などの問題によって気体がインペラ１２に逆流する場合においても、リングバルブ１４でディフューザ通路１７を密閉させると、気体の逆流を遮断することができるため、失速とサージを効果的に抑制することができる。
【００５４】
図４を参照すると、比較例の気体圧縮機において、リングバルブ１４’は、インペラ１２の周りに沿ってインペラ１２の端部と条件（１）を満足しない間隔Ｇ２を維持する。例えば、インペラ１２の出口側直径Ｄが２００ｍｍの時、間隔Ｇ２は１．６ｍｍを超える。
【００５５】
比較例の場合、インペラ１２とリングバルブ１４’との間の空間を通して気体の逆流を許容する。つまり、インペラ１２の回転時、ブレード１６間の空間１９で圧縮された気体は、インペラ１２とリングバルブ１４’との間の空間を通して、インペラ１２の回転方向と反対方向に沿って他のブレード１６間の空間に逆流し、インペラ１２の入口に向かうようになる。図４で圧縮気体の移動方向を矢印で示した。したがって、比較例の気体圧縮機では、無負荷運転が不可能で、気体の逆流による失速とサージを許容することになる。
【００５６】
図５は、リングバルブとインペラの端部との間隔Ｇの変化に応じた振動状態を測定して示すグラフである。実験に用いられた気体圧縮機において、インペラの出口側直径Ｄは２００ｍｍで、ブレードの高さは１８ｍｍであり、常温および大気圧条件で実験を行った。リングバルブとインペラの端部との間隔Ｇは、条件（１）により０．４ｍｍ以上で、０．２ｍｍずつ間隔を拡大させながら、インペラの振動数値を測定した。
【００５７】
図５を参照すると、リングバルブとインペラの端部との間隔Ｇが大きくなるほど振動数値は次第に高くなるが、間隔Ｇが１．６ｍｍ以下の領域は、正常動作範囲に属する。反面、間隔Ｇが１．６ｍｍを超えてからは振動数値が急激に上昇し、初期失速およびサージ領域に突入することを確認することができる。図５の結果から、条件（１）を満足しない比較例の気体圧縮機では安定性と効率が大きく低下することが分かる。
【００５８】
第１実施形態の気体圧縮機１００において、リングバルブ１４は、基本的に流量制御機能を有するだけでなく、圧縮気体がインペラ１２を抜けることができないように、インペラ１２の出口全体を閉鎖するバルブとしてより主な機能を果たす。したがって、リングバルブ１４を用いて気体の逆流を遮断することにより、失速とサージを効果的に予防することができる。
【００５９】
アクチュエータ２０は、リングバルブ１４および複数のベーン１５と機構的に結合され、リングバルブ１４の移動とベーン１５の回転角を順次に制御する。次に、リングバルブ１４と複数のベーン１５およびアクチュエータ２０の結合構造について説明する。
【００６０】
図６と図７は、図１に示す気体圧縮機１００における可変ディフューザシステムの分解斜視図である。
【００６１】
図６と図７を参照すると、複数のベーン１５は、ディフューザフレーム３０の一側でディフューザ通路１７の円周方向に沿って等間隔で配置される。各々のベーン１５には、ベーン軸２１が固定され、ベーン軸２１には、放射方向に沿ってベーン軸２１を貫通する空洞２１１が形成される。
【００６２】
ディフューザフレーム３０は、互いに離隔配置される第１フランジ３１および第２フランジ３２と、第１フランジ３１の内側端部と第２フランジ３２の内側端部とを連結する連結フランジ３３とから構成される。第１および第２フランジ３１、３２には、ベーン軸２１を装着するための複数の第１開口部３０１が円周方向に沿って等間隔で配置される。
【００６３】
アクチュエータ２０は、複数のベーン軸２１を囲む内側ガイドリング２２と、ベーン軸２１と内側ガイドリング２２とを結合させる複数のボールレバー２３と、内側ガイドリング２２を囲み、リングバルブ１４と一体に連結される外側ガイドリング２４と、内側ガイドリング２２と外側ガイドリング２４とを結合させる複数の固定ピン２５とを含む。
【００６４】
内側ガイドリング２２には、インペラ１２の放射方向に沿って内側ガイドリング２２を貫通する複数の第２開口部２２１が円周方向に沿って等間隔で配置される。ベーン軸２１がディフューザフレーム３０の第１開口部３０１を貫通してディフューザフレーム３０に結合されると、内側ガイドリング２２が連結フランジ３３と第２フランジ３２の外側に配置され、複数のベーン軸２１を囲む。この時、ベーン軸２１の空洞２１１と内側ガイドリング２２の第２開口部２２１は、放射方向に沿って互いに向き合うように配置される。
【００６５】
ボールレバー２３は、内側ガイドリング２２の第２開口部２２１およびベーン軸２１の空洞２１１を貫通してベーン軸２１に固定される。ボールレバー２３は、内側ガイドリング２２の第２開口部２２１の側壁に密着するボール部材２３１と、空洞２１１に嵌合されてベーン軸２１に固定される支持部材２３２とを含む。したがって、内側ガイドリング２２が回転すると、ボールレバー２３を介してベーン軸２１が内側ガイドリング２２と連動して共に回転する。
【００６６】
ディフューザフレーム３０と内側ガイドリング２２には、内側ガイドリング２２の回転量を制限するストップ部材２６が設けられる。ストップ部材２６は、内側ガイドリング２２の一面で円周方向に沿って距離をおいて位置する一対の第１棒２７と、ディフューザフレーム３０に固定され、その一部が一対の第１棒２７の間に位置するように突出する第２棒２８とを含む。一対の第１棒２７は、内側ガイドリング２２の最大回転距離だけ離れて位置し、内側ガイドリング２２は、一対の第１棒２７のいずれか１つの第１棒２７が第２棒２８に引っかかり、回転が制限される。
【００６７】
一方、ベーン軸２１には、固定ねじ２９が嵌合される内部空間が形成され、固定ねじ２９でボールレバー２３を強固に締め付けることができる。また、連結フランジ３３には、インペラ１２の放射方向に沿って連結フランジ３３を貫通する複数の第３開口部３３１が形成される。可変ディフューザシステムの分解時、連結フランジ３３の内側で第３開口部３３１に工具を押し込んでボールレバー２３を押し出すことにより、ベーン軸２１からボールレバー２３を分離させることができる。
【００６８】
外側ガイドリング２４は、リングバルブ１４と並んで位置し、連結部３４によってリングバルブ１４と一体に形成される。図８は、図７に示す可変ディフューザシステムにおける外側ガイドリング２４とリングバルブ１４および連結部３４の断面図である。図８を参照すると、外側ガイドリング２４は、リングバルブ１４より低い高さに形成され、連結部３４がリングバルブ１４の端部と外側ガイドリング２４の端部とを一体に連結する。
【００６９】
さらに、図６と図７を参照すると、外側ガイドリング２４には、少なくとも１つの傾斜スライディングホール３５が形成される。一例として、４つの傾斜スライディングホール３５が外側ガイドリング２４の円周方向に沿って配置できる。固定ピン２５は、傾斜スライディングホール３５と同数で備えられ、各々の固定ピン２５は、傾斜スライディングホール３５を貫通して内側ガイドリング２２に固定される。
【００７０】
図９は、図１に示す気体圧縮機１００における可変ディフューザシステムの結合状態を示す斜視図である。
【００７１】
図９を参照すると、ディフューザフレーム３０と固定ピン２５との間に弾性部材３６が設けられる。弾性部材３６の一端はディフューザフレーム３０に固定され、弾性部材３６の反対側の一端は固定ピン２５に固定される。弾性部材３６は、復原力を利用して固定ピン２５を時計方向（図面基準）に引っ張る力を発揮する。
【００７２】
そして、外側ガイドリング２４には、制御ハンドル３７が取り付けられ、制御ハンドル３７の作動によって外側ガイドリング２４の回転を制御する。制御ハンドル３７は、インペラ１２を通過する気体の流量、インペラ１２の入口と出口との圧力差、使用先などの問題で発生する気体の逆流など、気体圧縮機１００の動作条件を感知する制御部３８に接続され、制御部３８の命令によって作動する。
【００７３】
図９〜図１３を参考にして、可変ディフューザシステムを用いた気体圧縮機１００の流量制御方法について説明する。下記に言及する「時計方向」と「反時計方向」は図面を基準とする。
【００７４】
図１０と図１１は、初期稼動のためのリングバルブ１４とベーン１５の状態を示している。図１０と図１１を参照すると、初期稼動時、外側ガイドリング２４とリングバルブ１４は下降して、リングバルブ１４がディフューザ通路１７を密閉させる。そして、複数のベーン１５は、閉状態を維持し、リングバルブ１４の外側でディフューザ通路１７の面積を最小化する（第１ステップ）。
【００７５】
この時、固定ピン２５は、傾斜スライディングホール３５の上端部に位置する。そして、弾性部材３６が復原力で固定ピン２５を時計方向に引っ張っているが、内側ガイドリング２２は、ストップ部材２６によってそれ以上時計方向に動くことができない。したがって、ベーン１５の角度が指定された最低流量の位置で制限される。
【００７６】
このように、リングバルブ１４でディフューザ通路１７を密閉させた状態で稼動を始めると、図３を参考にして説明したように、無負荷運転をすることができる。また、圧縮気体の逆流を防止し、失速とサージを抑制することができる。
【００７７】
その後、定格稼動のために、制御ハンドル３７と外側ガイドリング２４を反時計方向に回転させる。すると、図９に示すように、固定ピン２５が傾斜ガイドとして作用し、外側ガイドリング２４がディフューザフレーム３０から上昇する。したがって、リングバルブ１４が上昇してディフューザ通路１７を開放させる（第２ステップ）。
【００７８】
この時、弾性部材３６が固定ピン２５を時計方向に引っ張っているため、内側ガイドリング２２とそれに連動するベーン１５は、動かずに最低流量の位置を維持する。第２ステップにおいて、固定ピン２５は、傾斜スライディングホール３５の下端部に位置する。
【００７９】
次に、制御ハンドル３７と外側ガイドリング２４を反時計方向にさらに回転させる。すると、図１２と図１３に示すように、外側ガイドリング２４は、高さの変化なく、固定ピン２５に加えられた弾性部材３６の復原力に勝って、反時計方向に固定ピン２５を引きずって回転する。したがって、固定ピン２５と内側ガイドリング２２およびベーン軸２１が動きながらベーン１５が開放され、ディフューザ通路１７の面積を拡大させる（第３ステップ）。この過程で、固定ピン２５は、ストップ部材２６によって内側ガイドリング２２の回転が停止するまで移動する。
【００８０】
次に、停止のための作動順序は、前述した過程とは逆となる。
【００８１】
つまり、図１２において、制御ハンドル３７を時計方向に回転させると、弾性部材３６が固定ピン２５を時計方向に引っ張っているため、固定ピン２５が外側ガイドリング２４に対して傾斜ガイドとして機能することができない。したがって、外側ガイドリング２４は、高さの変化なく、時計方向にのみ回転するようになり、弾性部材３６の復原力に引きずられた固定ピン２５が時計方向に移動してベーン１５を閉じる（第４ステップ、図９参照）。この過程で、固定ピン２５は、ストップ部材２６によって内側ガイドリング２２の回転が停止するまで移動する。
【００８２】
そして、図９で制御ハンドル３７を時計方向にさらに回転させると、固定ピン２５が傾斜ガイドとして作用するため、図１１に示すように、外側ガイドリング２４とリングバルブ１４が下降してディフューザ通路１７を密閉させる（第５ステップ）。したがって、定格稼動からインペラ１２の停止にいたる時期においても、サージの発生を効果的に抑制することができる。
【００８３】
このように、本実施形態の気体圧縮機１００は、単一のアクチュエータ２０を用いてリングバルブ１４と複数のベーン１５を共に制御するため、制御のための機構的構成を単純化することができる。また、本実施形態の気体圧縮機１００は、リングバルブ１４とベーン１５を順次に駆動させるため、可変ディフューザシステムで制御可能な流量範囲を最大１００％まで拡大させることができる。本実施形態において、リングバルブ１４の流量制御範囲は略０〜４５％であり、ベーン１５の流量制御範囲は略４５〜１００％である。
【００８４】
一方、図１〜図３では、シュラウド１３の内側でブレード１６間の空間が翼面１６１を越えて互いに連通可能な構造を示したが、翼面１６１に蓋板（図示せず）が固定され、翼面１６１側でブレード１６間の空間が互いに分離される構造も適用可能である。
【００８５】
つまり、後者の場合、インペラ１２で気体が流入する入口と圧縮された気体が排出される出口（エッジ面側）を除いて、ブレード１６間の空間は蓋板によって分離される。蓋板は、インペラ１２と共に回転し、シュラウド１３の内側でシュラウド１３と距離を維持する。後者の場合、蓋板を除いた気体圧縮機１００の形状は、前述した実施形態の構造とすべて同一であり、リングバルブ１４とインペラ１２の端部との間隔Ｇも、前述した条件（１）を満足する。
【００８６】
図１４は、本発明の第２実施形態にかかる気体圧縮機２００の部分断面図であり、図１５は、図１４に示す気体圧縮機２００の部分拡大図であって、リングバルブ１４１が排出スクロール１８に向かって下降してディフューザ通路１７を密閉させた状態を示している。
【００８７】
図１４と図１５を参照すると、第２実施形態の気体圧縮機２００は、回転軸１１と、インペラ１２と、シュラウド１３２と、リングバルブ１４１と、複数のベーン１５（図１４では１つのベーンを示す）と、アクチュエータ４０とを含む。
【００８８】
第２実施形態の気体圧縮機２００は、リングバルブ１４１とアクチュエータ４０およびディフューザフレーム５０の形状を除けば、前述した第１実施形態の気体圧縮機１００と同一の構成からなる。第１実施形態と同一の部材については同一の図面符号を付し、以下では、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。
【００８９】
図１６は、図１４に示す気体圧縮機２００における可変ディフューザシステムの分解斜視図であり、図１７は、図１６の部分拡大図である。
【００９０】
図１６と図１７を参照すると、複数のベーン１５は、ディフューザフレーム５０の一側でディフューザ通路１７の円周方向に沿って等間隔で配置され、各々のベーン１５には、ベーン軸２１が固定される。
【００９１】
ディフューザフレーム５０は、環状のフランジ５１と、フランジ５１の内側から所定の高さに延長された円筒状の支持部５２とを含む。フランジ５１は、シュラウド１３２の内部で排出スクロール１８と向き合うように配置され、排出スクロール１８との間にディフューザ通路１７を形成する。支持部５２は、フランジ５１の内側から排出スクロール１８と遠くなる方向に沿って延長される。
【００９２】
支持部５２には、回転軸１１と並ぶ方向に沿って支持部５２を貫通する複数のベーンホール５３が形成される。そして、各々のベーン軸２１がベーンホール５３に挿入され、ベーン１５とベーン軸２１がディフューザフレーム５０によって支持される。この時、ベーン軸２１の長さは、支持部５２の高さより大きく、ベーン軸２１がディフューザフレーム５０に結合された後、ベーン軸２１の端部が支持部５２の外側に突出する。
【００９３】
ベーン軸２１の端部は、リンク部材４１の一端に固定され、ベーン軸２１と一定の距離をおいてリンク部材４１の反対側の一端にガイド軸４２が固定される。リンク部材４１とガイド軸４２は、ベーン軸２１に対応する数で備えられ、ガイド軸４２は、ベーン軸２１より小さい長さに形成される。ベーン軸２１がリンク部材４１を介してガイド軸４２に連結されることにより、ベーン軸２１を中心としてガイド軸４２が回動すると、ベーン軸２１が回転し、ベーン１５の開閉程度を調節することができる。
【００９４】
リングバルブ１４１は、支持部５２の内側に結合され、リングバルブ１４１の外面が支持部５２の内面に密着する。支持部５２には、インペラ１２の放射方向に沿って支持部５２を貫通する複数の傾斜スライディングホール５４が形成される。傾斜スライディングホール５４は、ベーンホール５３に連結されないように、隣り合わせの２つのベーンホール５３間に位置し、回転軸１１と並ぶ方向に対して傾いて配置される。
【００９５】
図１８は、図１７に示すディフューザフレーム５０とリングバルブ１４１との結合状態を示す斜視図である。
【００９６】
図１８を参照すると、リングバルブ１４１が支持部５２の内側に結合された後、複数の固定キー５５が支持部５２の外側で傾斜スライディングホール５４を貫通した後、リングバルブ１４１に固定される。この時、固定キー５５の端部は、支持部５２の外側に突出する。そして、固定キー５５の幅は、傾斜スライディングホール５４の幅より小さく形成され、固定キー５５が傾斜スライディングホール５４の長手方向に沿って移動できるようにする。
【００９７】
固定キー５５がフランジ５１から遠く離れた傾斜スライディングホール５４の端部に位置すると、リングバルブ１４１は、排出スクロール１８と距離をおいて位置し、ディフューザ通路１７を開放させる。反面、固定キー５５がフランジ５１に向かう傾斜スライディングホール５４の端部に位置すると、リングバルブ１４１は、排出スクロール１８と接触してディフューザ通路１７を密閉させる。前者の場合を実線で示し、後者の場合を点線で示した。
【００９８】
さらに、図１６と図１７を参照すると、支持部５２の外側にリング状の制御部材４３が設けられる。制御部材４３は、固定キー５５と結合されて固定キー５５を移動させることにより、リングバルブ１４１の前後移動を制御する。これと同時に、制御部材４３は、ガイド軸４２とも結合されてガイド軸４２を回動させることにより、ベーン１５の回転角を制御する。第２実施形態の気体圧縮機２００において、制御部材４３、複数のリンク部材４１、複数のガイド軸４２、および複数の固定キー５５がアクチュエータ４０を構成する。
【００９９】
制御部材４３の一面には、放射方向に沿って複数の第１ガイド溝４３１が形成される。そして、第１ガイド溝４３１に連結される第２ガイド溝４３２が制御部材４３の円周方向に沿って形成される。第１および第２ガイド溝４３１、４３２は、ベーン軸２１に対応する数で備えられる。また、制御部材４３の内面には、制御部材４３の厚さ方向に沿って第３ガイド溝４３３が形成される。第３ガイド溝４３３は、固定キー５５に対応する数で備えられ、第２ガイド溝４３２に連結される。
【０１００】
ガイド軸４２は、第１および第２ガイド溝４３１、４３２に収容され、制御部材４３の回転時、第１および第２ガイド溝４３１、４３２に沿って移動する。固定キー５５は、第３ガイド溝４３３に収容され、制御部材４３の回転時、第３ガイド溝４３３に沿って移動する。制御部材４３の外面には、制御部材４３に回転動力を伝達する制御ハンドル３７が位置する。制御ハンドル３７は、制御部３８に接続され、制御部３８の命令によって作動する。
【０１０１】
図１９は、図１４に示す気体圧縮機２００における可変ディフューザシステムの右側面図であり、図２０は、図１９に示す可変ディフューザシステムの構成で制御部材４３の一部とガイド軸４２および固定キー５５を示す部分拡大斜視図である。
【０１０２】
図１９と図２０を参照すると、制御部材４３は、回転方向と回転角によりリングバルブ１４１の位置とベーン１５の回転角を順次に制御する。つまり、（イ）地点から（ロ）地点の間の第１区間で、制御部材４３の回転によりリングバルブ１４１の移動量を制御する。そして、（ロ）地点から（ハ）地点の間の第２区間で、制御部材４３の回転によりベーン１５の回転角を制御する。
【０１０３】
まず、（イ）地点で、固定キー５５は、排出スクロール１８に向かう傾斜スライディングホール５４の端部に位置する（図１８の点線表示参照）。したがって、リングバルブ１４１は、排出スクロール１８と接触してディフューザ通路１７を密閉させる。この時、固定キー５５の端部は、排出スクロール１８に向かう第３ガイド溝４３３の端部に位置する。また、（イ）地点で、ガイド軸４２は、第１ガイド溝４３１から遠く離れた第２ガイド溝４３２の端部に位置する。この状態で、ベーン１５は、リングバルブ１４１の外面の接線に対する傾斜角が最小となり、ディフューザ通路１７の面積を縮小させる。
【０１０４】
制御ハンドル３７が（イ）地点から（ロ）地点に向かって移動して制御部材４３が反時計方向に回転すると、固定キー５５は、第３ガイド溝４３３に沿って排出スクロール１８から遠くなる方向に移動する。したがって、リングバルブ１４１が後進してディフューザ通路１７を開放させる。
【０１０５】
第１区間でガイド軸４２の位置は変化しないが、制御部材４３の回転により、ガイド軸４２は、（ロ）地点で第１ガイド溝４３１に連結される第２ガイド溝４３２の端部に位置する。第１区間でガイド軸４２の位置の変化がないため、ベーン１５は、閉状態をそのまま維持する。このように、第１区間では、ベーン１５の回転角の変化なく、リングバルブ１４１の移動量を制御することができる。
【０１０６】
制御ハンドル３７が（ロ）地点から（ハ）地点に向かって移動して制御部材４３が反時計方向にさらに回転すると、ガイド軸４２が第１ガイド溝４３１に沿ってスライド移動してベーン軸２１を回転させる。したがって、ベーン１５は、リングバルブ１４１の外面の接線に対する傾斜角が最大となるように回転し、ディフューザ通路１７の面積を拡大させる。
【０１０７】
第２区間で固定キー５５の位置は変化しないが、制御部材４３の回転により、固定キー５５は、（ハ）地点で第１ガイド溝４３１に連結される第２ガイド溝４３２の端部に位置する。第２区間で固定キー５５の位置の変化がないため、リングバルブ１４１は、開状態をそのまま維持する。このように、第２区間では、リングバルブ１４１の移動なくベーン１５の回転角を制御することができる。
【０１０８】
図２１〜図２３を参考にして、可変ディフューザシステムを用いた流量制御方法について説明する。
【０１０９】
図２１は、図１９に示す（イ）地点でリングバルブ１４１とベーン１５の状態を示す斜視図である。
【０１１０】
図２１を参照すると、初期稼動時、リングバルブ１４１は、ディフューザフレーム５０から上昇してディフューザ通路１７を密閉させる。そして、複数のベーン１５は、閉状態を維持し、リングバルブ１４１の外側でディフューザ通路１７の面積を縮小させる（第１ステップ）。このように、リングバルブ１４１でディフューザ通路１７を密閉させた状態で稼動を始めると、無負荷運転をすることができる。また、圧縮気体の逆流を防止し、失速とサージを抑制することができる。
【０１１１】
図２２は、図１９に示す（ロ）地点でリングバルブ１４１とベーン１５の状態を示す斜視図である。
【０１１２】
図２２を参照すると、定格稼動のために、制御ハンドル３７と制御部材４３を反時計方向（図１９基準）に回転させると、固定キー５５が第３ガイド溝４３３に沿って移動しながらリングバルブ１４１を後進させ、リングバルブ１４１の位置でディフューザ通路１７を開放させる（第２ステップ）。この時、複数のベーン１５は、初期状態をそのまま維持する。
【０１１３】
図２３は、図１９に示す（ハ）地点でリングバルブ１４１とベーン１５の状態を示す斜視図である。
【０１１４】
図２３を参照すると、制御ハンドル３７と制御部材４３を反時計方向（図１９基準）にさらに回転させると、ガイド軸４２が第１ガイド溝４３１に沿って移動しながらベーン軸２１を回転させる。したがって、複数のベーン１５が最大流量の位置に動いてディフューザ通路１７を開放させる（第３ステップ）。
【０１１５】
第３ステップで定格稼動が行われ、制御部３８が感知する動作状態に応じてベーン１５を制御し、気流安定化のために、ディフューザ通路１７の面積を変化させる。また、定格稼動時、使用先などの問題によってインペラ１２に向かう気体の逆流が感知されると、可変ディフューザシステムは、図１１に示す初期位置に復帰し、リングバルブ１４１でディフューザ通路１７を密閉させることにより、サージが発生しないようにする。
【０１１６】
停止のための作動順序は、前述した順序とは逆となる。
【０１１７】
制御ハンドル３７と制御部材４３を時計方向（図１９基準）に回転させると、図２２に示すように、ベーン１５が閉じられてディフューザ通路１７の面積を縮小させる（第４ステップ）。その後、制御ハンドル３７と制御部材４３を時計方向（図１９基準）にさらに回転させると、図２１に示すように、ディフューザフレーム５０からリングバルブ１４１が上昇してディフューザ通路１７を密閉させる（第５ステップ）。したがって、定格稼動からインペラ１２の停止にいたる時期においても、サージの発生を効果的に抑制することができる。
【０１１８】
図２４は、本発明の第３実施形態にかかる気体圧縮機３００の部分断面図である。
【０１１９】
図２４を参照すると、第３実施形態の気体圧縮機３００は、前述した第２実施形態とは異なり、複数のベーン１５とリングバルブ１４２が互いに異なるアクチュエータによって制御される構成からなる。つまり、第３実施形態の気体圧縮機３００は、ベーン軸２１と結合してベーン１５の回転角を制御する第１アクチュエータ６０と、圧縮空気を利用してリングバルブ１４２の前後移動を制御する第２アクチュエータ７０とを含む。
【０１２０】
第１および第２アクチュエータ６０、７０の構造を除けば、ベーン１５とリングバルブ１４２の基本構成および作用は、前述した第２実施形態と同一である。第２実施形態と同一の部材については同一の図面符号を付し、以下では、第２実施形態と異なる部分について主に説明する。
【０１２１】
図２５は、図２４に示す気体圧縮機３００における可変ディフューザシステムの分解斜視図であり、図２６は、図２４に示す可変ディフューザシステムの右側面図である。
【０１２２】
図２５と図２６を参照すると、ベーン１５とベーン軸２１の形状は、前述した第２実施形態と同一である。ディフューザフレーム５６の形状は、支持部５２に傾斜スライディングホールが形成されず、次に説明する第１ノズル７１がディフューザフレーム５６に形成されることを除けば、前述した第２実施形態と同一である。
【０１２３】
制御部材４４の一面には、放射方向に沿って複数の第１ガイド溝４４１が形成される。ベーン軸２１は、ディフューザフレーム５６に結合された後、その端部が支持部５２の外側に突出し、ベーン軸２１の端部は、リンク部材４１の一端に固定される。ベーン軸２１と一定の距離をおいてリンク部材４１の反対側の一端にガイド軸４２が固定される。ガイド軸４２は、第１ガイド溝４４１に収容され、リンク部材４１は、放射方向と並んで配置される。制御部材４４の外面には、制御部材４４に回転動力を伝達する制御ハンドル３７が位置する。
【０１２４】
第３実施形態において、複数のリンク部材４１、複数のガイド軸４２、および制御部材４４が第１アクチュエータ６０を構成する。制御部材４４が時計方向（図２６基準）に回転すると、ガイド軸４２が第１ガイド溝４４１に沿って時計方向に回転しながら、ベーン軸２１とベーン１５を同じ方向に回転させ、ディフューザ通路１７の面積を拡大させる。反面、制御部材４４が反時計方向（図２６基準）に回転すると、ガイド軸４２が第１ガイド溝４４１に沿って反時計方向に回転しながら、ベーン軸２１とベーン１５を同じ方向に回転させ、ディフューザ通路１７の面積を縮小させる。
【０１２５】
図２７は、図２４に示す気体圧縮機３００の部分拡大図であって、リングバルブ１４２が排出スクロール１８に向かって前進してディフューザ通路１７を密閉させた状態を示している。
【０１２６】
図２５と図２７を参照すると、リングバルブ１４２は、その外面に拡張リング１４３を形成し、拡張リング１４３の外面が支持部５２の内面に密着するように、支持部５２の内側に結合される。支持部５２とリングバルブ１４２との間には、トップカバー４５が設けられ、トップカバー４５は、ねじ結合によって支持部５２に固定される。リングバルブ１４２は、第２実施形態と同様に、インペラ１２の出口でインペラ１２の放射方向に沿ってインペラ１２の端部と前述した条件（１）を満足する間隔Ｇを維持する。
【０１２７】
第２アクチュエータ７０は、トップカバー４５と支持部５２に形成され、ディフューザ通路１７に向かう拡張リング１４３の一面（図２７を基準として拡張リングの左側面）に向かって圧縮空気を噴射する第１ノズル７１と、トップカバー４５に形成され、ディフューザ通路１７から遠く離れた拡張リング１４３の他の一面（図２７を基準として拡張リングの右側面）に向かって圧縮空気を噴射する第２ノズル７２とを含む。
【０１２８】
したがって、第１ノズル７１が開放され、第１ノズル７１を介して圧縮空気が噴射されると、拡張リング１４３は、排出スクロール１８から遠くなる方向に向かって力を受け、リングバルブ１４２を後進させてディフューザ通路１７を開放させる。反面、第２ノズル７２が開放され、第２ノズル７２を介して圧縮空気が噴射されると、拡張リング１４３は、排出スクロール１８に向かって力を受け、リングバルブ１４２を前進させてディフューザ通路１７を密閉させる。
【０１２９】
第３実施形態の可変ディフューザシステムにおいて、第１アクチュエータ６０の制御ハンドル３７と第２アクチュエータ７０の第１および第２ノズル７１、７２は、制御部３８に接続され、制御部３８の命令によって順次に作動する。リングバルブ１４２と複数のベーン１５を用いた気体圧縮機３００の流量制御方法は、前述した第２実施形態と同一である。
【０１３０】
一方、図１２と図２７では、シュラウド１３２の内側でブレード１６間の空間が翼面１６１を越えて互いに連通可能な構造を示したが、翼面１６１に蓋板（図示せず）が固定され、翼面１６１側でブレード１６間の空間が互いに分離される構造も適用可能である。
【０１３１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属することは当然である。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。 
［１］回転軸に固定され、翼面とエッジ面を含む複数のブレードを外周面に備えたインペラと、前記翼面を囲み、前記エッジ面と平行な外壁を備えたシュラウドと、前記インペラの出口に連結されたディフューザ通路に設けられ、前記ディフューザ通路を開閉させ、前記インペラの放射方向に沿って前記インペラの端部と間隔を維持するリングバルブとを含み、前記リングバルブは、前記シュラウドの外壁と接触しながら、前記シュラウドの外壁に沿ってスライド移動することを特徴とする気体圧縮機。 
［２］前記リングバルブは、前記インペラの放射方向に沿って前記インペラの端部と下記条件（数４）の間隔Ｇを維持することを特徴とする［１］に記載の気体圧縮機。 
【数４】
0005394509.tif 000005
ここで、Ｄは、前記インペラの出口側直径（ｍｍ）を示す。 
［３］前記ディフューザ通路中、前記リングバルブの外側で前記ディフューザ通路の円周方向に沿って設けられる複数のベーンをさらに含むことを特徴とする［２］に記載の気体圧縮機。 
［４］回転軸に固定され、翼面とエッジ面を含む複数のブレードを外周面に備えたインペラと、前記翼面を囲むシュラウドと、前記インペラの出口に連結されたディフューザ通路に設けられ、前記回転軸と並ぶ方向に沿って移動して前記ディフューザ通路を開閉させるリングバルブと、前記ディフューザ通路中、前記リングバルブの外側で前記ディフューザ通路の円周方向に沿って設けられ、各々のベーン軸を備えた複数のベーンと、前記リングバルブおよび前記複数のベーン軸と結合され、前記リングバルブの移動と前記ベーンの回転角を順次に制御するアクチュエータとを含むことを特徴とする気体圧縮機。 
［５］前記リングバルブは、前記インペラの放射方向に沿って前記インペラの端部と下記条件（数５）の間隔Ｇを維持することを特徴とする［４］に記載の気体圧縮機。 
【数５】
0005394509.tif 000006
ここで、Ｄは、前記インペラの出口側直径（ｍｍ）を示す。 
［６］前記シュラウドの外壁は、前記エッジ面と平行であり、前記リングバルブは、前記シュラウドの外壁と接触しながら、前記シュラウドの外壁に沿ってスライド移動することを特徴とする［５］に記載の気体圧縮機。 
［７］前記インペラは、前記ブレード間の空間が前記シュラウドの内側で前記翼面を越えて互いに連通するように構成されることを特徴とする［６］に記載の気体圧縮機。 
［８］前記インペラは、前記ブレード間の空間が前記翼面側で蓋板によって互いに分離されるように構成されることを特徴とする［６］に記載の気体圧縮機。 
［９］前記アクチュエータは、前記ベーン軸を囲む内側ガイドリングと、前記インペラの放射方向に沿って前記内側ガイドリングと前記ベーン軸を貫通して前記内側ガイドリングと前記ベーン軸とを結合させる複数のボールレバーと、前記内側ガイドリングを囲み、連結部によって前記リングバルブと一体に連結され、傾斜スライディングホールを備えた外側ガイドリングと、前記傾斜スライディングホールを貫通して前記内側ガイドリングに固定される固定ピンとを含み、前記気体圧縮機は、前記ベーン軸、前記内側ガイドリング、および前記リングバルブを支持するディフューザフレームをさらに含むことを特徴とする［４］〜［８］のいずれか１に記載の気体圧縮機。 
［１０］前記ベーン軸は、前記インペラの放射方向に沿って前記ベーン軸を貫通する空洞を形成し、前記内側ガイドリングは、前記インペラの放射方向に沿って前記空洞と向き合う複数の開口部を形成することを特徴とする［９］に記載の気体圧縮機。 
［１１］前記複数のボールレバーの各々は、前記内側ガイドリングの開口部の側壁に密着するボール部材と、前記空洞に嵌合されて前記ベーン軸に固定される支持部材とを含むことを特徴とする［１０］に記載の気体圧縮機。 
［１２］前記アクチュエータは、前記内側ガイドリングの回転量を制限するストッパと、前記外側ガイドリングに固定される制御ハンドルと、前記ディフューザフレームと前記固定ピンとの間に設けられる弾性部材とをさらに含むことを特徴とする［９］に記載の気体圧縮機。 
［１３］前記ストッパは、前記内側ガイドリングの一面で円周方向に沿って距離をおいて位置する一対の第１棒と、前記ディフューザフレームに固定され、その一部が前記一対の第１棒の間に位置するように突出する第２棒とを含むことを特徴とする［１２］に記載の気体圧縮機。 
［１４］前記アクチュエータは、前記ベーン軸に固定されるリンク部材と、前記ベーン軸と距離をおいて前記リンク部材に固定されるガイド軸と、一面に前記ガイド軸を収容する第１ガイド溝を形成しながら、前記ガイド軸を移動させて前記ベーン軸を回転させる制御部材とを含むことを特徴とする［４］〜［８］のいずれか１に記載の気体圧縮機。
［１５］前記第１ガイド溝は、前記インペラの放射方向に沿って形成され、前記制御部材は、前記第１ガイド溝に連結されながら、前記制御部材の円周方向に沿って形成される第２ガイド溝をさらに含むことを特徴とする［１４］に記載の気体圧縮機。 
［１６］前記気体圧縮機は、前記リングバルブを囲みながら、前記リングバルブと前記ベーン軸および前記制御部材を支持するディフューザフレームをさらに含み、前記ディフューザフレームは、前記リングバルブと重なる領域に傾斜スライディングホールを形成することを特徴とする［１５］に記載の気体圧縮機。 
［１７］前記制御部材は、前記第２ガイド溝に連結されながら、前記制御部材の内面に形成される第３ガイド溝をさらに含み、前記アクチュエータは、前記傾斜スライディングホールを貫通して一端が前記リングバルブに固定され、他の一端が前記第３ガイド溝に収容される固定キーをさらに含むことを特徴とする［１６］に記載の気体圧縮機。 
［１８］前記ディフューザフレームは、前記回転軸と並ぶ方向に沿って前記ベーン軸が貫通する複数のベーンホールを形成し、前記傾斜スライディングホールは、隣り合わせの２つのベーンホール間で前記ベーンホールと離隔配置されることを特徴とする［１６］に記載の気体圧縮機。 
［１９］前記制御部材は、前記気体圧縮機の動作条件を感知する制御部に接続され、前記制御部の命令によって作動することを特徴とする［１４］に記載の気体圧縮機。 
［２０］前記アクチュエータは、前記複数のベーン軸と結合され、前記ベーンの回転角を制御する第１アクチュエータと、前記リングバルブと結合され、前記リングバルブの移動を制御する第２アクチュエータとを含み、前記第１アクチュエータは、前記ベーン軸に固定されるリンク部材と、前記ベーン軸と距離をおいて前記リンク部材に固定されるガイド軸と、一面に前記ガイド軸を収容する第１ガイド溝を形成しながら、前記ガイド軸を移動させて前記ベーン軸を回転させる制御部材とを含むことを特徴とする［４］〜［８］のいずれか１に記載の気体圧縮機。 
［２１］前記第１ガイド溝は、前記インペラの放射方向に沿って形成され、前記制御部材は、前記第１ガイド溝に連結されながら、前記制御部材の円周方向に沿って形成される第２ガイド溝をさらに含むことを特徴とする［２０］に記載の気体圧縮機。 
［２２］前記リングバルブは、外面に拡張リングを形成し、前記第２アクチュエータは、前記ディフューザ通路に向かう前記拡張リングの一面に向かって圧縮空気を噴射する第１ノズルと、前記ディフューザ通路から遠く離れた前記拡張リングの反対側の一面に向かって圧縮空気を噴射する第２ノズルとを含むことを特徴とする［２０］に記載の気体圧縮機。 
［２３］前記気体圧縮機は、前記ディフューザフレームと前記リングバルブとの間に設けられるトップカバーをさらに含み、前記第１ノズルは、前記トップカバーと前記ディフューザフレームにかけて形成され、前記第２ノズルは、前記トップカバーに形成されることを特徴とする［２２］に記載の気体圧縮機。 
［２４］前記制御部材と前記第１ノズルおよび前記第２ノズルは、前記気体圧縮機の動作条件を感知する制御部に接続され、前記制御部の命令によって作動することを特徴とする［２２］に記載の気体圧縮機。 
［２５］インペラの出口に連結されたディフューザ通路に設けられるリングバルブと、前記リングバルブの外側で前記ディフューザ通路の円周方向に沿って設けられる複数のベーンと、前記複数のベーンの各々に固定されるベーン軸と、前記リングバルブおよび前記ベーン軸と結合されるアクチュエータとを含む気体圧縮機の流量制御方法において、初期稼動時、前記リングバルブを閉じて前記ディフューザ通路を密閉させ、前記複数のベーンを閉じて前記リングバルブの外側で前記ディフューザ通路の面積を縮小させる第１ステップと、定格稼動のために、前記リングバルブを開けて前記ディフューザ通路を開放させる第２ステップと、前記複数のベーンを開けて前記リングバルブの外側で前記ディフューザ通路の面積を拡大させる第３ステップとを含むことを特徴とする気体圧縮機の流量制御方法。 
［２６］前記第３ステップの後、作動停止のために、前記複数のベーンを閉じて前記リングバルブの外側で前記ディフューザ通路の面積を縮小させる第４ステップと、前記リングバルブを閉じて前記ディフューザ通路を密閉させる第５ステップとをさらに含むことを特徴とする［２５］に記載の気体圧縮機の流量制御方法。
【符号の説明】
【０１３２】
１１…回転軸、１２…インペラ、１３、１３２…シュラウド、１４、１４１、１４２…リングバルブ、１５…ベーン、１６…ブレード、１７…ディフューザ通路、１８…排出スクロール、１９…ブレード間の空間、２０、４０、６０、７０…アクチュエータ、２１…ベーン軸、２２…内側ガイドリング、２３…ボールレバー、２４…外側ガイドリング、２５…固定ピン、２６…ストップ部材、２７…第１棒、２８…第２棒、２９…固定ねじ、３０、５０…ディフューザフレーム、３５、５４…傾斜スライディングホール、３６…弾性部材、３７…制御ハンドル、３８…制御部、１００、２００、３００…気体圧縮機。
【図１】
0005394509.tif 000008
【図２】
0005394509.tif 000009
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0005394509.tif 000024
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
0005394509.tif 000027
【図２１】
0005394509.tif 000028
【図２２】
0005394509.tif 000029
【図２３】
0005394509.tif 000030
【図２４】
0005394509.tif 000031
【図２５】
0005394509.tif 000032
【図２６】
0005394509.tif 000033
【図２７】
0005394509.tif 000034