(57)【要約】【課題】大径化に適したディフューザリングを設計することができる、ターボ圧縮機のディフューザリングの設計方法を提供する。【解決手段】ディフューザリング５００の設計方法において、肉厚の寸法を設定する工程では、ディフューザリング５００の径が大きいほど、肉厚を薄く設定している。このように、ディフューザリング５００の径が大きくなるのに伴って肉厚を薄く設定した場合、圧力が作用する面であるディフューザリング５００の端面５００ｂの面積が大きくなることを抑制することができる。これによって、ディフューザリング５００に作用する圧力推力が大きくなることを抑制することができ、当該圧力推力が大きくなることに伴う対応を行う必要性を無くすことができる。【選択図】図６
2014224535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラの径方向外側において軸方向に対向することでディフューザ流路を形成する一対の流路壁の少なくとも一方に設けられ、前記ディフューザ流路内へ突出することによって、当該ディフューザ流路の幅を調整するターボ圧縮機のディフューザリングの設計方法であって、
前記ディフューザリングの径に基づいて、前記ディフューザリングの径方向における肉厚の寸法を設定する工程を備え、
前記肉厚の寸法を設定する工程では、
前記ディフューザリングの径が大きいほど、前記肉厚を薄く設定する、ターボ圧縮機のディフューザリングの設計方法。
【請求項２】
前記肉厚の寸法を設定する工程では、
前記ディフューザリングの径の増加の倍率に対して反比例する関係に基づいて、前記肉厚の寸法を設定する、請求項１に記載のディフューザリングの設計方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ圧縮機のディフューザリングの設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ターボ冷凍機に用いられるターボ圧縮機が記載されている。このターボ圧縮機は、モータハウジングと、圧縮機ハウジングと、ギアハウジングと、に区画された筐体を備えている。モータハウジングには、出力軸と出力軸に接続されたモータとが配置されている。圧縮機ハウジング及びギアハウジングには、モータにより駆動されて冷媒ガスを圧縮する圧縮段が配置されている。圧縮段は、インペラと、ディフューザと、スクロール室とを備えている。ディフューザ流路には、当該ディフューザ流路の幅を調整するディフューザリングが設けられている。ディフューザリングはハウジングの溝に収容されており、溝からディフューザ流路内へ突出することで、当該ディフューザ流路の幅を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１８５７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したようなターボ圧縮機のディフューザリングを用いた場合、ディフューザリングと溝との間の隙間に流体が流れ込む（図５（ｂ）参照）。これによって、ディフューザリングの溝内の端面に圧力が作用する。ここで、このようなディフューザリングを径の大きい高ヘッドインペラを有するターボ圧縮機に適用する場合、ディフューザリングの径も大きくする必要がある。この場合、ディフューザリングの径が大きくなることに伴って、圧力が作用する面であるディフューザリングの端面の面積が大きくなる。これによって、ディフューザリングの圧力推力が大きくなる。このようにディフューザリングに作用する圧力推力が大きくなることによって、当該圧力推力が大きくなることに伴う対応（例えば、当該圧力推力を支持するための大型のモータを設けることや、ディフューザリング周辺の構成部品の補強を行うこと等）を行う必要がある。従って、ディフューザリングの大径化を図る場合に、上述のような対応を省略又は低減できる、適切なディフューザリングを設計することが要請されていた。
【０００５】
そこで、本発明は、大径化に適したディフューザリングを設計することができる、ターボ圧縮機のディフューザリングの設計方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係るターボ圧縮機のディフューザリングの設計方法は、インペラの径方向外側において軸方向に対向することでディフューザ流路を形成する一対の流路壁の少なくとも一方に設けられ、ディフューザ流路内へ突出することによって、当該ディフューザ流路の幅を調整するターボ圧縮機のディフューザリングの設計方法であって、ディフューザリングの径に基づいて、ディフューザリングの径方向における肉厚の寸法を設定する工程を備え、肉厚の寸法を設定する工程では、ディフューザリングの径が大きいほど、肉厚を薄く設定する。
【０００７】
このターボ圧縮機のディフューザリングの設計方法は、ディフューザリングの径に基づいて、ディフューザリングの径方向における肉厚の寸法を設定する工程を備えている。また、肉厚の寸法を設定する工程では、ディフューザリングの径が大きいほど、肉厚を薄く設定している。このように、ディフューザリングの径が大きくなるのに伴って肉厚を薄く設定した場合、圧力が作用する面であるディフューザリングの端面の面積が大きくなることを抑制することができる。これによって、ディフューザリングに作用する圧力推力が大きくなることを抑制することができ、当該圧力推力が大きくなることに伴う対応を行う必要性を無くすことができる。以上より、本発明に係る設計方法によれば、大径化に適したディフューザリングを設計することができる。
【０００８】
また、本発明の一側面に係るターボ圧縮機のディフューザリングの設計方法において、肉厚の寸法を設定する工程では、ディフューザリングの径の増加の倍率に対して反比例する関係に基づいて、肉厚を設定してよい。これによって、ディフューザリングの径の増加の倍率に対して、適切な肉厚の寸法を設定することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、大径化に適したディフューザリングを設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る設計方法によって設計されたディフューザリングを備えるターボ冷凍機の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係るターボ圧縮機の模式的な断面図である。
【図３】ディフューザにおけるディフューザ流路を示す模式的な断面図である。
【図４】位置調節装置の構造の一例を示す概略断面図である。
【図５】ディフューザリングの状態を示す概略断面図である。
【図６】ディフューザリングの寸法関係を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係るターボ圧縮機のディフューザリングの設計方法の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一の要素同士、或いは相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る設計方法によって設計されたディフューザリングを備えるターボ冷凍機の概略構成を示すブロック図である。図１に示されるターボ冷凍機１は、一例として、空調用の冷却水を生成するためにビルや工場等に設置されるものである。ターボ冷凍機１は、ターボ圧縮機２と、凝縮器３と、エコノマイザ４と、蒸発器５と、を備えている。
【００１３】
ターボ冷凍機１は、ターボ圧縮機２と凝縮器３とを互いに接続する流路Ｆ１と、凝縮器３とエコノマイザ４とを互いに接続する流路Ｆ２と、エコノマイザ４と蒸発器５とを互いに接続する流路Ｆ３と、を備えている。また、ターボ冷凍機１は、ターボ圧縮機２とエコノマイザ４とを互いに接続する流路Ｆ５と、ターボ圧縮機２と蒸発器５とを互いに接続する流路Ｆ４と、を備えている。さらに、ターボ冷凍機１は、流路Ｆ２に設けられた膨張弁６と、流路Ｆ３に設けられた膨張弁７と、を備えている。
【００１４】
ターボ圧縮機２は、冷媒ガスを圧縮して圧縮冷媒ガスＲ１を生成する。ターボ圧縮機２は、生成した圧縮冷媒ガスＲ１を、流路Ｆ１を介して凝縮器３に供給する。凝縮器３は、ターボ圧縮機２から供給された圧縮冷媒ガスＲ１を冷却により液化し、冷媒液Ｒ２を生成する。凝縮器３は、生成した冷媒液Ｒ２を、流路Ｆ２を介してエコノマイザ４に供給する。冷媒液Ｒ２は、流路Ｆ２に設けられた膨張弁６により減圧された後にエコノマイザ４に導入される。
【００１５】
エコノマイザ４は、膨張弁６を介して凝縮器３から供給された冷媒液Ｒ２を一時的に貯留する。このとき、エコノマイザ４には、冷媒液Ｒ２の一部が蒸発することにより生成される冷媒ガスＲ３と、蒸発せずに残存する冷媒液Ｒ４とが貯留される。エコノマイザ４は、冷媒ガスＲ３を、流路Ｆ５を介してターボ圧縮機２に供給する。また、エコノマイザ４は、冷媒液Ｒ４を、流路Ｆ３を介して蒸発器５に供給する。冷媒液Ｒ４は、流路Ｆ３に設けられた膨張弁７により減圧された後に蒸発器５に導入される。
【００１６】
蒸発器５は、膨張弁７を介してエコノマイザ４から供給された冷媒液Ｒ４を蒸発させて冷媒ガスＲ５を生成する。蒸発器５は、冷媒液Ｒ４の蒸発により冷媒ガスＲ５が生成される際の気化熱によって、冷却対象物（例えば上述した冷却水等）を冷却する。蒸発器５は、生成した冷媒ガスＲ５を、流路Ｆ４を介してターボ圧縮機２に供給する。ターボ圧縮機２に供給された冷媒ガスＲ３及び冷媒ガスＲ５は、ターボ圧縮機２において圧縮された後に、圧縮冷媒ガスＲ１として凝縮器３に再び供給される。
【００１７】
引き続いて、ターボ圧縮機２について詳細に説明する。図２は、本実施形態に係るターボ圧縮機の模式的な断面図である。図２に示されるように、ターボ圧縮機２は、モータユニット１０と、圧縮機ユニット２０と、を備える。モータユニット１０は、モータ１１と、モータ１１を収容するモータケーシング１２と、モータ１１に接続された出力軸１３と、を備えている。モータ１１は、一例として、３相交流モータである。
【００１８】
モータ１１は、モータケーシング１２の内側面に配置された円筒状の固定子１１ａと、固定子１１ａの両端に設けられたコイルエンド１１ｂと、固定子１１ａの内側に配置された回転子１１ｃと、を含む。出力軸１３は、固定子１１ａ及び回転子１１ｃの中心に通されており、回転子１１ｃと共に回転する。出力軸１３は、モータケーシング１２の両端に配置された第１の軸受け１２ａ及び第２の軸受け１２ｂによって、回転可能に支持されている。
【００１９】
出力軸１３の一端部１３ａは、第１の軸受け１２ａを介してモータケーシング１２から突出している。モータケーシング１２から突出した出力軸１３の一端部１３ａには、平ギア１４が固定されている。平ギア１４は、モータ１１の駆動力（出力軸１３の回転）を圧縮機ユニット２０側に伝達するためのものである。
【００２０】
圧縮機ユニット２０は、第１の圧縮段（圧縮部）２１及び第２の圧縮段（圧縮部）２２と、第１の圧縮段２１及び第２の圧縮段２２にわたって延在する回転軸２３と、第１の圧縮段２１及び第２の圧縮段２２を収容する圧縮機ケーシング２４と、を備えている。回転軸２３は、圧縮機ケーシング２４に設けられた第１の軸受け２４ａ及び第２の軸受け２４ｂによって、回転可能に支持されている。回転軸２３のモータユニット１０側の一端部２３ａには、出力軸１３に固定された平ギア１４に噛み合うピニオンギア２５が固定されている。したがって、回転軸２３は、出力軸１３の回転に伴って回転する。
【００２１】
平ギア１４の外径は、一例として、ピニオンギア２５の外径よりも大きくされている。このため、出力軸１３の回転数（モータ１１の回転数）よりも、回転軸２３の回転数が大きくなる。ただし、回転軸２３の回転数が出力軸１３の回転数以下になるように、平ギア１４及びピニオンギア２５の外径を調整してもよい。また、平ギア１４とピニオンギア２５との間に別のギアを介在させてもよい。
【００２２】
第１の圧縮段２１は、流路Ｆ４を介して蒸発器５から冷媒ガスＲ５を吸入し、吸入した冷媒ガスＲ５を圧縮する。そのために、第１の圧縮段２１は、吸入口２１ａと、インペラ２１ｂと、ディフューザ２１ｃと、スクロール室２１ｄと、を含む。インペラ２１ｂは、回転軸２３の他端部２３ｂに固定されており、回転軸２３の回転（すなわち、出力軸１３の回転）に伴って回転する。これにより、インペラ２１ｂは、吸入口２１ａを介してスラスト方向から供給される冷媒ガスＲ５に速度エネルギを付与し、ラジアル方向に排出する。
【００２３】
ディフューザ２１ｃは、インペラ２１ｂにより冷媒ガスＲ５に付与された速度エネルギを圧縮エネルギに変換することにより、冷媒ガスＲ５を圧縮する。スクロール室２１ｄは、ディフューザ２１ｃにより圧縮された冷媒ガスＲ５を第１の圧縮段２１の外部に導出する。第１の圧縮段２１の外部に導出された冷媒ガスＲ５は第２の圧縮段２２に導入される。
【００２４】
第２の圧縮段２２は、第１の圧縮段２１によって圧縮された冷媒ガスＲ５を導入する。第２の圧縮段２２は、導入した冷媒ガスＲ５をさらに圧縮し、圧縮冷媒ガスＲ１として第２の圧縮段２２の外部に導出する。そのために、第２の圧縮段２２は、スクロール室２２ａ，２２ｄと、インペラ２２ｂと、ディフューザ２２ｃと、を含む。
【００２５】
スクロール室２２ａは、第１の圧縮段２１により圧縮された冷媒ガスＲ５をインペラ２２ｂに供給する。インペラ２２ｂは、第１の圧縮段２１のインペラ２１ｂよりもモータユニット１０側において、回転軸２３に固定されている。したがって、インペラ２２ｂは、回転軸２３の回転に伴って回転する。これにより、インペラ２２ｂは、スクロール室２２ａを介してスラスト方向から供給された冷媒ガスＲ５に速度エネルギを付与し、ラジアル方向に排出する。
【００２６】
ディフューザ２２ｃは、インペラ２２ｂにより冷媒ガスＲ５に付与された速度エネルギを圧縮エネルギに変換することによって、冷媒ガスＲ５をさらに圧縮する。これにより、圧縮冷媒ガスＲ１が生成される。生成された圧縮冷媒ガスＲ１は、スクロール室２２ｄにより第２の圧縮段２２の外部に導出される。第２の圧縮段２２の外部に導出された圧縮冷媒ガスＲ１は、流路Ｆ１を介して凝縮器３に供給される。
【００２７】
なお、圧縮機ケーシング２４は、第１の圧縮段２１が配置される第１のケース２６と、第２の圧縮段２２が配置される第２のケース２７と、を含む。第１の圧縮段２１の吸入口２１ａ、ディフューザ２１ｃ、及びスクロール室２１ｄは、第１のケース２６により構成される。また、第２の圧縮段２２のスクロール室２２ａ，２２ｄ、及びディフューザ２２ｃは、第２のケース２７により構成される。出力軸１３の一端部１３ａに固定された平ギア１４、及び、回転軸２３の一端部２３ａに固定されたピニオンギア２５は、第２のケース２７に収容される。
【００２８】
ここで、第１の圧縮段２１は、吸入口２１ａに設けられた複数のインレットガイドベーン２１ｅを含む。インレットガイドベーン２１ｅは、それぞれ、駆動機構２１ｇにより回転可能とされている。インレットガイドベーン２１ｅは、駆動機構２１ｇにより回転させられることによって、冷媒ガスＲ５の流れ方向からみたときの面積が変更される。これにより、インレットガイドベーン２１ｅは、第１の圧縮段２１における冷媒ガスＲ５の吸入量を調整する。
【００２９】
また、第２の圧縮段２２は、冷媒ガスＲ５を圧縮して生成した圧縮冷媒ガスＲ１の流量（第２の圧縮段２２からの導出量）を調整するための流量調整部２２ｅを含む。流量調整部２２ｅは、インペラ２２ｂを囲むように設けられており、ディフューザ２２ｃの流路幅を調整可能なように構成されている。このように、ターボ圧縮機２においては、インレットガイドベーン２１ｅによって第１の圧縮段２１への冷媒ガスＲ５の吸入量を調整すると共に、流量調整部２２ｅによって第２の圧縮段２２からの圧縮冷媒ガスＲ１の導出量を調整することによって、ターボ圧縮機２の圧縮性能を調整することができる。
【００３０】
なお、第１の圧縮段２１のスクロール室２１ｄと、第２の圧縮段２２のスクロール室２２ａとは、外部配管を介して互いに接続されている。したがって、スクロール室２１ｄからの冷媒ガスＲ５は、その外部配管を介してスクロール室２２ａに導入される。この外部配管には、図１に示された流路Ｆ５が接続されている。したがって、エコノマイザ４からの冷媒ガスＲ３は、この外部配管を介して第２の圧縮段２２に導入される。
【００３１】
本実施形態において、冷媒ガス（流体）の吸い込み流量等に応じて、ディフューザ流路の幅（流路断面積）を調節するための可変機構がターボ圧縮機２に組み込まれている。本実施形態において、可変機構は、第２の圧縮段２２のディフューザ２２ｃに設けられている。他の実施形態において、可変ディフューザを第１の圧縮段２１のディフューザ２１ｃに設けてもよく、第１及び第２ディフューザ２１ｃ及び２２ｃの双方に設けてもよい。
【００３２】
図３は、ディフューザにおけるディフューザ流路を示す模式的な断面図である。図３において、ターボ圧縮機２は、インペラ２２ｂの軸方向に互いに離間した第１及び第２流路壁６１１，６１２と、ディフューザリング５００と、位置調節装置５１０とを備える。第１及び第２流路壁６１１，６１２は、インペラ２２ｂの径方向外側に少なくとも延びる。第１及び第２流路壁６１１，６１２は、軸方向に対向することでディフューザ流路６００を形成する。本実施形態において、第１流路壁６１１と第２流路壁６１２とを実質的に平行に配置することができる。他の実施形態において、第１流路壁６１１の少なくとも一部が第２流路壁６１２と実質的に非平行であってもよく、又は第２流路壁６１２の少なくとも一部が第１流路壁６１１と実質的に非平行であってもよい。なお、第１流路壁６１１のうちインペラ２２ｂを取り囲む領域、及びインペラ２２ｂの出口部分付近の領域は、インペラ２２ｂの形状に沿って湾曲面６１１ａを構成している。
【００３３】
第１及び第２流路壁６１１，６１２に挟まれたディフューザ流路６００の全体形状は、インペラ２２ｂを囲む環状を有する。インペラ２２ｂで圧縮された流体は、環状のディフューザ流路６００を少なくとも径方向外方に流れる。
【００３４】
本実施形態において、ディフューザリング５００の全体形状は、インペラ２２ｂ又はディフューザ流路６００と同心の環状を有する。ディフューザリング５００は、ディフューザ流路６００内へ突出することによって、当該ディフューザ流路６００の幅を調整するものである。第１流路壁６１１には、ディフューザリング５００が収容される環状の溝５０２が設けられている。本実施形態において、ディフューザリング５００は、ディフューザ流路６００に対して進退自在である。位置調節装置５１０は、ディフューザリング５００を支持しかつ第１流路壁６１１からのディフューザリング５００の高さ（突出高さ、突出量）を調節する。本実施形態において、ディフューザリング５００の突出高さを実質的にゼロにすることもできる（例えば、図５（ａ）を参照）。
【００３５】
位置調節装置５１０には、位置調節用の駆動力が駆動シャフト５１２を介して外部から供給される。本実施形態において、駆動シャフト５１２は、位置調節装置５１０に接続された端部とは反対側の端部に取り付けられた不図示のノブを有する。ターボ圧縮機２の外部から手動で駆動シャフト５１２を回転させることにより、位置調節装置５１０に駆動力が供給される。他の実施形態において、駆動シャフト５１２は、サーボモータ等のモータの出力シャフトに接続できる。モータはターボ圧縮機２の内部に設置してもよく、外部に設置してもよい。この場合、モータを介して、駆動力の供給タイミング及び供給量が制御可能である。
【００３６】
図４は、位置調節装置の構造の一例を示す断面図である。ディフューザリング５００は、ディフューザ流路６００側の端面５００ａと、当該端面５００ａと反対側の端面５００ｂと、内周面５００ｃと、外周面５００ｄと、を備えている。ディフューザリング５００の軸方向の長さ（すなわち、端面５００ａと端面５００ｂとの間の寸法）は、径方向の肉厚（すなわち、内周面５００ｃと外周面５００ｄとの間の寸法）に比して大きい。ただし、当該寸法関係は特に限定されず、ディフューザリング５００の軸方向の長さは、径方向の肉厚以下であってもよい。
【００３７】
位置調節装置５１０は、ディフューザリング５００に接続されたロッド５１５と、ロッド５１５を進退させるレバー機構５２０と、を備えている。ロッド５１５は、ディフューザリング５００に対して周方向に略等間隔に複数本（例えば、２本以上）設けられる。ディフューザリング５００は、各ロッド５１５の先端部にボルト等によって固定される。なお、図４に示す例では、ロッド５１５の先端部に切欠部が設けられ、当該切欠部にディフューザリング５００の外周面５００ｄが固定されている。ただし、ディフューザリング５００の内周面５００ｃにロッド５１５の先端部が固定されてもよい。ロッド５１５は、ハウジング６２０を貫通して、第１流路壁６１１の反対側の面から突出している。レバー機構５２０は、ロッド５１５の端部（ディフューザリング５００の反対側の端部）と連結されている。レバー機構５２０は、モータの駆動力によってロッド５１５を介してディフューザリング５００をディフューザ流路６００に対して進退させる。
【００３８】
ディフューザリング５００は、インペラ２２ｂに近い位置に配置されることにより、第１流路壁６１１のうち湾曲面６１１ａが形成される位置に配置されてよい。この場合、ディフューザリング５００の端面５００ａは、湾曲面６１１ａの形状に合わせて湾曲していてよい（図５参照）。具体的には、ディフューザリング５００を溝５０２に完全に収容した状態（図５（ａ）に示す状態）の時に、ディフューザリング５００の端面５００ａは、第１流路壁６１１の湾曲面６１１ａと略連続するような曲面を有していてよい。このように、ディフューザリング５００の端面５００ａを湾曲させることで、流体をスムーズに流すことができる。
【００３９】
次に、図５を参照して、ディフューザリング５００によるディフューザ流路６００の幅の調整について説明する。図５（ａ）は、ディフューザリングを溝に完全に収容したときの状態を示す概略断面図である。図５（ｂ）は、ディフューザリングをディフューザ流路へ突出させたときの状態を示す概略断面図である。図５（ａ）に示す状態においては、ディフューザリング５００がディフューザ流路６００へ突出していない状態であるため、ディフューザリング５００の配置位置におけるディフューザ流路６００の幅は、第１流路壁６１１と第２流路壁６１２との間の幅と略同じとなる。一方、図５（ｂ）に示す状態においては、ディフューザリング５００がディフューザリング５００に突出した状態となる。ディフューザリング５００の配設位置において、ディフューザリング５００の突出高さに応じてディフューザ流路６００の断面積（ディフューザ流路６００の幅）が変化する。本実施形態において、ディフューザ流路６００と組み合わせて好ましいディフューザ効果が得られるように、位置調節装置５１０を用いて、ターボ圧縮機２における吸い込み流量などに応じたディフューザリング５００の最適な突出高さが設定される。
【００４０】
ここで、図５（ｂ）に示すように、ディフューザリング５００の内周面５００ｃに衝突した流体は、ディフューザリング５００の端面５００ａと第２流路壁６１２との間の領域Ａを流れる。領域Ａは、流体が高速度で流れることによって、低圧力な領域となる。一方、ディフューザリング５００の内周面５００ｃに衝突した流体の一部は、内周面５００ｃに沿って溝５０２内に入り込み、端面５００ｂと溝５０２の底面５０２ａとの間の領域Ｂを流れる。領域Ｂは、流体が低速で流れることによって、高圧力な領域となる。従って、ディフューザリング５００の端面５００ｂに圧力が作用する。なお、図５（ａ）に示すようにディフューザリング５００が溝５０２に収容されている時は、流体が溝５０２内へ回り込まないので、ディフューザリング５００に圧力が作用しない。
【００４１】
次に、本実施形態に係るターボ圧縮機２のディフューザリング５００の設計方法について説明する。上述したようなターボ圧縮機２のディフューザリング５００を用いた場合、ディフューザリング５００と溝５０２との間の隙間に流体が流れ込む（図５（ｂ）参照）。これによって、ディフューザリング５００の溝５０２内の端面５００ｂに圧力が作用する。ここで、このようなディフューザリング５００を径の大きい高ヘッドインペラを有するターボ圧縮機２に適用する場合、ディフューザリング５００の径も大きくする必要がある。この場合、比較例に係る設計方法を採用した場合、現行品のディフューザリング５００の径方向の肉厚をそのままとした状態で、又は肉厚を大きくした状態でディフューザリング５００の径を大きくするような設計がなされる。この場合、ディフューザリング５００の径が大きくなることに伴って圧力が作用する面であるディフューザリング５００の端面５００ｂの面積が大きくなる。これにより、ディフューザリング５００の圧力推力が大きくなる。このようにディフューザリング５００に作用する圧力推力が大きくなることによって、当該圧力推力が大きくなることに伴う対応を行う必要性が生じる。例えば、ロッド５１５を介してディフューザリング５００を進退させる位置調節装置５１０は駆動部としてコントロールモータを備える場合があるが、大きい圧力推力を支持するために大型のコントロールモータを適用する必要性が生じる。また、大きな圧力推力に対抗するために、ディフューザリング５００周辺の構成部品の補強を行う必要性が生じる。
【００４２】
これに対して、本実施形態に係る設計方法は、ディフューザリング５００の径（ここでは、内径及び外径の何れの値を採用してもよい）に基づいて、ディフューザリング５００の径方向における肉厚の寸法を設定する工程を備えている。また、肉厚の寸法を設定する工程では、ディフューザリング５００の径が大きいほど、肉厚を薄く設定する。すなわち、ディフューザリング５００の径の寸法が大きな値になるに従って、それに伴って肉厚の寸法が小さい値に設定される。例えば、図６（ａ）に示すディフューザリング５００Ａの内径の値がＤ１であって、肉厚の値がｔ１であるものとする。これに対し、図６（ｂ）に示すようにＤ２（＞Ｄ１）の内径を有するディフューザリング５００Ｂを設計する場合、当該ディフューザリング５００Ｂの肉厚の寸法として、ｔ１よりも小さいｔ２を設定する。なお、図６は各寸法関係を理解し易くするため、デフォルメされたディフューザリング５００Ａ，５００Ｂが示されている。例えば、流体の密度、速度、その他の条件が一定であると仮定した場合、ディフューザリング５００Ｂの端面５００ｂの面積がディフューザリング５００Ａの端面５００ｂの面積と略同一となるように、ディフューザリング５００Ｂの肉厚が設定されてよい。これによって、ディフューザリング５００Ｂの径を大きく設定した場合であっても、圧力が作用する端面５００ｂの面積が径の小さいディフューザリング５００Ａと略同一であるため、ディフューザリング５００Ｂに作用する圧力推力をディフューザリング５００Ａに作用する圧力推力と略同一にすることができる。
【００４３】
ディフューザリング５００の肉厚の寸法を設定する工程では、ディフューザリング５００の径の増加の倍率（例えば、ディフューザリング５００Ａから径の大きいディフューザリング５００Ｂとする場合の径の増加の倍率）に対して反比例する関係に基づいて、肉厚を設定してよい。ディフューザリング５００の肉厚の寸法を設定する工程では、流体の密度及び速度等を考慮してよい。例えば、ディフューザリング５００の肉厚の寸法を設定する工程では、流体の密度の増加の倍率に対して反比例する関係に基づいて、肉厚を設定してよい。また、ディフューザリング５００の肉厚の寸法を設定する工程では、流体の速度の増加の倍率の２乗の値に対して反比例する関係に基づいて、肉厚を設定してよい。
【００４４】
例えば、図６（ａ）に示すディフューザリング５００Ａに基づいて図６（ｂ）に示す大径のディフューザリング５００Ｂを設計する場合を例にして説明する。このとき、流体の密度及び速度の増加の倍率も考慮して設計するものとする。例えば、ディフューザリング５００Ａについて「流体の密度＝ρ１、流体の速度＝ｖ１、内径＝Ｄ１」という条件を設定し、ディフューザリング５００Ｂについて「流体の密度＝ρ２（＝ａρ１）、流体の速度＝ｖ２（＝ｂｖ１）、内径＝Ｄ２（＝ｃＤ１）」という条件を設定する。このような条件に基づいてディフューザリング５００Ｂの径方向の肉厚を設定する場合は、次のような関係が成り立つ。すなわち、ディフューザリング５００Ｂの流体の密度はディフューザリング５００Ａの流体の密度からａ倍増加しているため、当該倍率に反比例する値（＝１／ａ）を肉厚倍率として、ディフューザリング５００Ａの肉厚（＝ｔ１）に掛けあわせる。ディフューザリング５００Ｂの流体の速度はディフューザリング５００Ａの流体の速度からｂ倍増加しているため、当該倍率の２乗に反比例する値（＝１／ｂ２）を肉厚倍率として、ディフューザリング５００Ａの肉厚（ｔ１）に掛けあわせる。ディフューザリング５００Ｂの内径はディフューザリング５００Ａの内径からｃ倍増加しているため、当該倍率に反比例する値（＝１／ｃ）を肉厚倍率として、ディフューザリング５００Ａの肉厚（＝ｔ１）に掛けあわせる。以上のように、内径、流体の密度、流体の速度の増加分の全ての条件を考慮して、ディフューザリング５００Ｂの肉厚を設計する場合、以下の式（１）を用いて導き出すことができる。
ｔ２＝（１／ａ・ｂ２・ｃ）ｔ１  …（１）
【００４５】
なお、上述の式（１）の例においては、ディフューザリング５００の径の増加の倍率に対して完全に反比例となる値が肉厚倍率として設定され、ディフューザリング５００の流体の密度の増加の倍率に対して完全に反比例となる値が肉厚倍率として設定され、ディフューザリング５００の流体の速度の増加の倍率の２乗に対して完全に反比例となる値が肉厚倍率として設定されている。ただし、完全に反比例の関係が成り立っていなくともよく、反比例の関係に基づいた計算を行う限り、あらゆる計算方法を採用してよい。
【００４６】
ディフューザリング５００の設計方法における具体的な工程については、ディフューザリング５００の径が大きいほど肉厚を薄く設定する関係が成り立つ限り、どのような工程を採用してもよい。例えば、設計に際して基準となるディフューザリング５００Ａの条件（内径、流体の密度、流体の速度）を予め取得しておく。次に、設計に係るディフューザリング５００Ｂの条件が基準となるディフューザリング５００Ａに対してどの程度変化するかの情報を取得する。次に、当該情報に基づいて式（１）などの数式を用いてディフューザリング５００Ｂの肉厚を設定してよい。なお、基準となるディフューザリング５００Ａの条件として、既存の装置で用いられているディフューザリングの値を使ってもよく、予めディフューザリングの標準モデルなどを準備しておいてもよい。あるいは、設計に係るディフューザリング５００Ｂの条件を代入すれば直ちに肉厚が導き出されるような数式を予め準備しておき、当該数式を用いてディフューザリング５００Ｂの肉厚を設定してもよい。
【００４７】
以上のように、本実施形態に係るターボ圧縮機２のディフューザリング５００の設計方法は、ディフューザリング５００の径に基づいて、ディフューザリング５００の径方向における肉厚の寸法を設定する工程を備えている。また、肉厚の寸法を設定する工程では、ディフューザリング５００の径が大きいほど、肉厚を薄く設定している。このように、ディフューザリング５００の径が大きくなるのに伴って肉厚を薄く設定した場合、圧力が作用する面であるディフューザリング５００の端面５００ｂの面積が大きくなることを抑制することができる。これによって、ディフューザリング５００に作用する圧力推力が大きくなることを抑制することができ、当該圧力推力が大きくなることに伴う対応を省略又は低減できる。以上より、本実施形態に係る設計方法によれば、大径化に適したディフューザリング５００を設計することができる。
【００４８】
また、本実施形態に係るターボ圧縮機２のディフューザリング５００の設計方法において、肉厚の寸法を設定する工程では、ディフューザリング５００の径の増加の倍率に対して反比例する関係に基づいて、肉厚を設定してよい。これによって、ディフューザリング５００の径の増加の倍率に対して、適切な肉厚の寸法を設定することが可能となる。
【００４９】
以上の実施形態は、本発明に係るターボ圧縮機の設計方法の一実施形態について説明したものである。したがって、本発明に係る設計方法が適用されるターボ圧縮機は、上述したターボ圧縮機２に限定されない。また、ディフューザリング５００周辺の構成も、上述したものに限定されない。例えば、ディフューザリング５００は第１流路壁６１１に設けられていたが、第１及び第２流路壁６１１，６１２の少なくとも一方に設けられていればよい。また、ディフューザリングの径や肉厚の比率等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更してよい。なお、ディフューザリング５００の端面５００ｂと溝５０２の底面５０２ａとの間に流体が入り込むことを抑制するために、溝５０２にＯリングなどを設置してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１  ターボ冷凍機
２  ターボ圧縮機
２２ｂ  インペラ
２２ｃ  ディフューザ
５００  ディフューザリング
６００  ディフューザ流路
６１１  第１流路壁
６１２  第２流路壁
【図１】
2014224535.tif 000003
【図３】
2014224535.tif 000004
【図４】
2014224535.tif 000005
【図５】
2014224535.tif 000006
【図６】
2014224535.tif 000007
【図２】
2014224535.tif 000008