(57)【要約】【課題】全体配置をコンパクトにすることができる圧縮機及びこの圧縮機を備えるターボ冷凍機。【解決手段】回転軸１２と、回転軸に取り付けられた複数の羽根車と、前段の羽根車から後段の羽根車に流体を導く主流路と、軸線を中心とした環状をなして、主流路に連通するチャンバー３１と、チャンバーに外周側から内周側に向かって流体を導入する吸込ノズル３２と、主流路内に軸線の周方向に間隔をあけて複数設けられて、可動することで主流路内を流通する流体の流量を調整する可動ベーンと、チャンバー３１内における吸込ノズル３２の周方向一方側に設けられて、複数の可動ベーンの角度を変更させる駆動機構４２とを備え、吸込ノズル３２が、チャンバー３１内の周方向一方側及び他方側のうち、他方側への流体の流量が大きくなるように他方側にむけて傾斜している圧縮機２を提供する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転する回転軸と、
該回転軸に取り付けられた複数の羽根車と、
前段の前記羽根車から後段の前記羽根車に流体を導く主流路と、
前記軸線を中心とした環状をなして、前記主流路に連通するチャンバーと、
該チャンバーに外周側から内周側に向かって流体を導入する吸込ノズルと、
該主流路内に前記軸線の周方向に間隔をあけて複数設けられて、可動することで前記主流路内を流通する流体の流量を調整する可動ベーンと、
前記チャンバー内における前記吸込ノズルの前記周方向一方側に設けられて、前記複数の可動ベーンの角度を変更させる駆動機構とを備え、
前記吸込ノズルが、前記チャンバー内の周方向一方側及び他方側のうち、前記他方側への前記流体の流量が大きくなるように前記他方側にむけて傾斜していることを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記吸込ノズルの出口側には、前記チャンバー内の前記周方向一方側及び他方側のうち、前記他方側への前記流体の流量が大きくなるように前記流体を案内する案内羽根が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記案内羽根は、前記周方向の他方側に向かうに従ってその長さが長くなるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記チャンバーには、前記駆動機構に向かうに従って前記チャンバーの流路を狭くするように形成された流路ガイドが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の圧縮機。
【請求項５】
前記駆動機構は前記吸込ノズルに対して、前記周方向に９０°離間した位置に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の圧縮機。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の圧縮機を備えることを特徴とするターボ冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機及びこの圧縮機を備えるターボ冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ冷凍機は、電気電子関連工場のようなクリーンルームを有する大型の工場空調や、地域冷暖房などの用途に幅広く使用されている大容量の熱源機器である。ターボ冷凍機は、圧縮機、凝縮器、蒸発器といった構成機器を近傍に配置して一体とし、ユニット化されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ターボ冷凍機としては、圧縮機として二段の遠心圧縮機を用い、第一圧縮段の下流に中間冷却器が結合された形式のものが知られている。具体的には、中間冷却器にて冷却されたガス冷媒は、第二圧縮段を構成する第二インペラの入口部周囲を囲む中間吸込みチャンバー、及び中間吸込みチャンバーと第二インペラの入口部周囲に設けられた吸込流路との間に形成されたスリットを介して第一圧縮段の下流に導入される。
【０００４】
また、このような遠心圧縮機を有するターボ冷凍機においては、冷凍機の作動範囲を制御するために、第一圧縮段、第二圧縮段を構成するインペラにそれぞれ運転状況に応じて角度を変更する可動ベーンが設けられている。可動ベーンは、遠心圧縮機に一体に設けられた駆動装置によって駆動されるが、この駆動装置の一部（駆動機構と称す）は中間吸込みチャンバー内に設置されている。
【０００５】
通常、中間吸込みチャンバーの内部に設置される駆動機構は、中間吸込みチャンバーの出口と主流路との合流位置での流動の周方向分布を少なくするために、中間吸込みチャンバーにガス冷媒を導入する吸込ノズルから周方向に１８０°の位置、即ち、吸込ノズルに対して最も遠い位置に設置されている。
【０００６】
また、特許文献２には、遠心圧縮機のインペラに流体を導入する吸込み流路において、遠心圧縮機のコンパクト化が図るために、流体を周方向の一方側に多く誘導する形状を有するものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３２７７００号公報
【特許文献２】特開平８−１６５９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、従来のユニット化されたターボ冷凍機１０１は、図６及び図７に示すように、主要機器が集約して配置されているので、ある程度はコンパクトに配置されている。従来のターボ冷凍機１０１は、ガス冷媒を圧縮する遠心圧縮機２と、遠心圧縮機２で圧縮されたガス冷媒を凝縮液化させる凝縮器３と、凝縮器３において凝縮された液冷媒を一時貯留して中間冷却を行う中間冷却器４（エコノマイザ）と、中間冷却器４から導かれる液冷媒を蒸発させる蒸発器５とを、主な構成要素として有している。
【０００９】
各々の機器は配管により接続されている。例えば、遠心圧縮機２には、圧縮後の冷媒を凝縮器３へと導くための吐出配管７と、蒸発器５からのガス冷媒を吸い込む吸込配管８が接続されている。また、中間冷却器４と遠心圧縮機２とは、中間冷却器４の気相部からガス冷媒を遠心圧縮機２の中間段へと導く中間冷却器用ガス冷媒配管９によって接続されている。上述した駆動装置３７は、遠心圧縮機２に一体に設けられている。
【００１０】
しかしながら、この従来のターボ冷凍機１０１は、複数のターボ冷凍機を保管する際や輸送の際に隣接配置したり段積みしたりすることを考慮すると十分に満足のいく配置とはなっていなかった。
【００１１】
装置のコンパクト化を実現するためには、例えば上述した駆動機構の位置を変更して圧縮機の配置を最適化することなどが考えられるが、この場合、駆動機構が中間吸込みチャンバー内の周方向の流動分布を不均一にするといった問題があった。
【００１２】
また、特許文献２に記載の遠心圧縮機には駆動機構が設けられていない上、吸込み流路の形状の都合により流体を周方向の一方側に誘導しているものであり、誘導後の流動分布の均一性は考慮されていない。
【００１３】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、全体配置をコンパクトにすることができる圧縮機及びこの圧縮機を備えるターボ冷凍機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の圧縮機は、軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸に取り付けられた複数の羽根車と、前段の前記羽根車から後段の前記羽根車に流体を導く主流路と、前記軸線を中心とした環状をなして、前記主流路に連通するチャンバーと、該チャンバーに外周側から内周側に向かって流体を導入する吸込ノズルと、該主流路内に前記軸線の周方向に間隔をあけて複数設けられて、可動することで前記主流路内を流通する流体の流量を調整する可動ベーンと、前記チャンバー内における前記吸込ノズルの前記周方向一方側に設けられて、前記複数の可動ベーンの角度を変更させる駆動機構とを備え、前記吸込ノズルが、前記チャンバー内の周方向一方側及び他方側のうち、前記他方側への前記流体の流量が大きくなるように前記他方側にむけて傾斜していることを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、駆動機構を吸込ノズルの周方向一方側に設けたことによって圧縮機の配置が最適化され、ターボ冷凍機の全体配置をコンパクトにすることができる。また、吸込ノズルが傾斜していることによって、駆動機構と反対側へ流れる流量が大きくなり、チャンバー内の周方向の流動分布がより均一になる。
【００１６】
上記圧縮機において、前記吸込ノズルの出口側には、前記チャンバー内の前記周方向一方側及び他方側のうち、前記他方側への前記流体の流量が大きくなるように前記流体を案内する案内羽根が設けられていることが好ましい。
【００１７】
上記構成によれば、案内羽根によって流体が誘導されることによって、チャンバー内の周方向の流動分布の均一性をより向上させることができる。
【００１８】
上記圧縮機において、前記案内羽根は、前記周方向の他方側に向かうに従ってその長さが長くなるように形成されていることが好ましい。
【００１９】
上記構成によれば、流体の流量が駆動機構とは反対側により流入するようになり、チャンバー内の周方向の流動分布の均一性を向上させることができる。
【００２０】
上記圧縮機において、前記チャンバーには、前記駆動機構に向かうに従って前記チャンバーの流路を狭くするように形成された流路ガイドが設けられていることが好ましい。
【００２１】
上記構成によれば、流路ガイドによって流体が駆動機構付近まで誘導されるため、チャンバー内の周方向の流動分布をより向上させることができる。
【００２２】
上記圧縮機において、前記駆動機構は前記吸込ノズルに対して、前記周方向に９０°離間した位置に設けられていることが好ましい。
【００２３】
また、本発明は、上記いずれの圧縮機を備えるターボ冷凍機を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、駆動機構を吸込ノズルの周方向一方側に設けたことによって圧縮機の配置が最適化され、ターボ冷凍機の全体配置をコンパクトにすることができる。また、吸込ノズルが傾斜していることによって、駆動機構と反対側へ流れる流量が大きくなり、チャンバー内の周方向の流動分布がより均一になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第一実施形態に係るターボ冷凍機の遠心圧縮機周辺の構成を示す正面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る遠心圧縮機の内部構造を示す断面図である。
【図３】図２に示す遠心圧縮機の部分構成を示す断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る遠心圧縮機の図３に対応する断面図である。
【図６】従来のターボ冷凍機の側面図である。
【図７】従来のターボ冷凍機の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第一実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施形態のターボ冷凍機は、基本的に従来のターボ冷凍機と同様に、遠心圧縮機２と、遠心圧縮機で圧縮されたガス冷媒を凝縮液化させる凝縮器と、凝縮器において凝縮された液冷媒を一時貯留して中間冷却を行う中間冷却器と、中間冷却器から導かれる液冷媒を蒸発させる蒸発器とを、主な構成要素として有している。そして、圧縮機、凝縮器、蒸発器といった構成機器を近傍に配置して一体とし、ユニット化している。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態のターボ冷凍機の遠心圧縮機２には、蒸発器からのガス冷媒を吸い込む吸込配管８が接続されており、中間冷却器と遠心圧縮機２とは、中間冷却器の気相部からガス冷媒を遠心圧縮機２の中間段へと導く中間冷却器用ガス冷媒配管９によって接続されている。この中間冷却器用ガス冷却配管９から供給されるガス冷媒は、吸込ノズル３２を介して遠心圧縮機２の中間吸込みチャンバー３１に導入される。
なお、図１に示す凝縮器３、中間冷却器４、及び蒸発器５は、模式的に図示したもので、本実施形態のターボ冷凍機における正確な配置は反映されていない。
【００２８】
遠心圧縮機２には、後述する第二可動ベーン３６（図２及び図３参照）を駆動する駆動装置３７が一体に設けられている。駆動装置３７のうち、ブラケット４１（図４参照）及び駆動シャフト３９（図４参照）などの駆動機構４２は中間吸込みチャンバー３１内に設置されている。
【００２９】
そして、本実施形態のターボ冷凍機は、冷凍機全体配置をコンパクトにする（設置面積を小さくする）ために、駆動装置３７の一部である駆動機構４２を、吸込ノズル３２に対して周方向９０°の位置としている。
【００３０】
図２及び図３に示すように、遠心圧縮機２は、外郭をなすケーシング１１と、ケーシング１１内に回転可能に支持されている回転軸１２と、回転軸１２を回転駆動するモータ１３と、回転軸１２に軸線方向に離間して配置されている第一インペラ１５、及び第二インペラ１６とを有している。
【００３１】
回転軸１２は、一対の軸受１４を介してケーシング１１に回転可能に支持されている。モータ１３の駆動力は、ギヤ機構１７を介して回転軸１２に伝達され、回転軸１２の回転に伴い第一インペラ１５及び第二インペラ１６も回転する。ケーシング１１の軸線方向一方側には吸込口１９が設けられ、軸線方向他方側には吐出口２０が設けられている。また、ケーシング１１には、吸込口１９と吐出口２０とを連通させる内部空間２１が形成されている。
【００３２】
第一インペラ１５及び第二インペラ１６は、内部空間２１に配置されており、第一インペラ１５は第一圧縮段、第二インペラ１６は第二圧縮段を構成している。内部空間２１は第一インペラ１５の流路出口２２に接続されたリターン流路２３と、リターン流路２３と第二インペラ１６とを接続する吸込流路２４とを備えている。吸込流路２４は、第二インペラ１６の入口部周囲に設けられた環状の通路である。
【００３３】
リターン流路２３は、第一インペラ１５の径方向外側の流路出口２２から、第二インペラ１６の径方向内側の流路入口に向かってガス冷媒を流通している。リターン流路２３は、ディフューザ部２６と、ベンド部２７と、リターン部２８とを有している。ディフューザ部２６は、第一インペラ１５によって圧縮されて第一インペラ１５の流路出口２２から径方向外側へと排出されたガス冷媒を径方向外側に案内している。ディフューザ部２６の径方向外側は、ベンド部２７を介してリターン部２８に連通されている。
【００３４】
また、第二インペラ１６内で圧縮されたガス冷媒は、第二インペラ１６の周囲に設けられた吐出通路２５を経てケーシング１１の吐出口２０から吐出配管７（図７参照）に吐出される。
ベンド部２７の下流側には全周にわたって放射状にリターンベーン２９が配置されている。
【００３５】
また、遠心圧縮機２には、中間冷却器４で発生するガス冷媒を第一インペラ１５の吐出流に合流させて第二インペラ１６に供給する中間吸込みチャンバー３１が設けられている。中間吸込みチャンバー３１は、第二インペラ１６の入口部周囲を囲む円環状の空間として形成されている。中間吸込みチャンバー３１には、吸込ノズル３２を介して中間冷却器４からのガス冷媒が供給される。吸込ノズル３２は中間冷却器用ガス冷媒配管９（図１参照）に接続されている。
中間吸込みチャンバー３１の内周部には、全周にわたってスリット３３が設けられており、中間吸込みチャンバー３１の内部と第二インペラ１６の吸込流路２４とが接続されている。
【００３６】
また、遠心圧縮機２の吸込口１９であって第一圧縮段の第一インペラ１５入口には、運転状況に応じて角度を変更することができる第一可動ベーン３５が設けられている。さらに、リターン流路２３の吸込流路２４であって第二圧縮段の第二インペラ１６入口には、運転状況に応じて角度を変更することができる第二可動ベーン３６が設けられている。
【００３７】
図４に示すように、遠心圧縮機２には、第二可動ベーン３６を駆動するための駆動装置３７が設けられている。駆動装置３７は、ケーシング１１の外部に設けられた駆動モータ３８と、駆動モータ３８の回転によって軸線方向に直交する水平方向に所定範囲にわたって移動する駆動シャフト３９と、駆動シャフト３９の移動に応じて所定角度にわたって回転する駆動リング４０と、駆動リング４０と駆動シャフト３９とを連結するブラケット４１とを有している。駆動リング４０には所定のリンク機構により第二可動ベーン３６が連結されている。
【００３８】
以下、駆動装置３７の動作を説明する。まず、駆動モータ３８が駆動されると駆動モータ３８の駆動力が所定のギヤを介して駆動シャフト３９に伝達される。駆動シャフト３９は駆動力によって長手方向に移動しブラケット４１を操作する。
次いで、ブラケット４１が駆動リング４０を操作することにより、駆動リング４０が周方向に回転する。これにより駆動リング４０に所定のリンク機構を介して連結されている第二可動ベーン３６の角度が変更される。
【００３９】
駆動装置３７このうち、駆動リング４０、ブラケット４１、及び駆動シャフト３９の一部は、中間吸込みチャンバー３１の内部に配置されている。以下、中間吸込みチャンバー３１の内部に配置されているブラケット４１、及び駆動シャフト３９の一部を駆動機構４２と称す。
【００４０】
また、中間吸込みチャンバー３１内の吸込ノズル３２開口直近には、複数の案内羽根４３が設けられている。案内羽根４３は、中間吸込みチャンバー３１の軸線方向一方側の内壁と軸線方向他方側の内壁とを接続するように設けられた平板状のガイドであり、吸込ノズル３２から導入されるガス冷媒を中間吸込みチャンバー３１の周方向の両側に拡散させるような形状とされている。
【００４１】
上述したように、本実施形態のターボ冷凍機は、冷凍機全体配置をコンパクトにする（設置面積を小さくする）ために、駆動装置３７の一部である駆動機構４２を、吸込ノズル３２に対して周方向９０°の位置としている。即ち、駆動機構４２は、中間吸込みチャンバー３１内における吸込ノズル３２の周方向一方側に設けられている。
【００４２】
ここで、中間吸込みチャンバー３１の吸込ノズル３２は、駆動機構４２が設けられている側とは反対側へのガス冷媒の流量が大きくなるように傾斜が設けられている。即ち、吸込ノズル３２は、中間吸込みチャンバー３１内の周方向他方側へのガス冷媒の流量が大きくなるように形成されている。
【００４３】
具体的には、吸込ノズル３２のガス導入方向Ｇに直交する流路面積は、駆動機構４２とは反対側が大きくなるように形成されている。
また、案内羽根４３に関しても、ガス冷媒の流量が周方向他方側、即ち、駆動機構４２とは反対側の案内羽根４３の長さが長くなるように形成されている。
具体的には、複数の案内羽根４３は、駆動機構４２より離間するに従って長くなるように形成されている。例えば、最も駆動機構４２から離れた案内羽根４３ａは、最も駆動機構４２寄りの案内羽根４３ｂよりも長く（例えば２倍）されている。
【００４４】
また、複数の案内羽根４３は、案内羽根４３同士の間隔が駆動機構４２よりも離間するに従って広くなるように配置されている。例えば、最も駆動機構４２よりも遠い位置にある案内羽根４３ａとその隣に配置されている案内羽根４３の下流側端部の間隔Ｃ１は、最も駆動機構寄りの案内羽根４３ｂとその隣に配置されている案内羽根との間隔Ｃ２よりも広くなるように配置されている。
【００４５】
次に、本実施形態のターボ冷凍機の作用について説明する。
本実施形態のターボ冷凍機は、蒸発器５、遠心圧縮機２、凝縮器３、及び中間冷却器４は配管によって接続されて冷媒を循環させる閉じた系を構成している。このうち、中間冷却器４の気相部から導入されたガス冷媒は、吸込ノズル３２によって遠心圧縮機２の中間吸込みチャンバー３１に導入される。
【００４６】
中間吸込みチャンバー３１に流入したガス冷媒は、スリット３３を通って、第二インペラ１６の吸込通路に流入し、第一インペラ１５から吐出された冷媒蒸気とともに第二インペラ１６に吸入される。
また、中間冷却器４と遠心圧縮機２とは、中間冷却器４の気相部からガス冷媒を遠心圧縮機２の中間段へと導く中間冷却器用ガス冷媒配管９によって接続されている。
【００４７】
上記実施形態によれば、駆動機構４２を吸込ノズル３２の周方向一方側であって、周方向に９０°離間した位置に設けたことによって遠心圧縮機２の配置が最適化され、ターボ冷凍機の全体配置をコンパクトにすることができる。
【００４８】
また、吸込ノズル３２が傾斜していることによって、駆動機構４２と反対側へ流れる流量が大きくなり、中間吸込みチャンバー３１内の周方向の流動分布がより均一になる。
また、案内羽根４３の長さが駆動機構４２より離間するに従って長くなるように形成されているとともに、案内羽根４３同士の間隔が駆動機構４２よりも離間するに従って広くなるように配置されていることによって、ガス冷媒が駆動機構４２とは反対側により流入するようになり、中間吸込みチャンバー３１内の周方向の流動分布の均一性が向上する。
これにより、中間吸込みチャンバー３１の出口における流動の周方向の偏りが抑制されるため、下流に位置する第二インペラ１６の性能の低下を抑制することができる。
【００４９】
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態に係るターボ冷凍機について説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
【００５０】
図５に示すように、本実施形態のターボ冷凍機の遠心圧縮機２は、中間吸込みチャンバー３１の内部に駆動機構４２に近付くにつれて流路幅が狭くなるような流路ガイド４４が設けられていることを特徴としている。
流路ガイド４４は、案内羽根４３と同様に、中間吸込みチャンバー３１の軸線方向一方側の内壁と軸線方向他方側の内壁とを接続するように設けられた平板状のガイドである。具体的には、流路ガイド４４は、吸込ノズル３２に対して周方向に１８０°離間した位置（吸込ノズル３２の反対側）、吸込ノズル３２よりも駆動機構４２側の流路幅を絞り込むような湾曲形状のガイドである。
【００５１】
上記実施形態によれば、流路ガイド４４によって、中間吸込みチャンバー３１の内部の周方向の流路面積が徐々に狭められることによって、ガス冷媒の速度が上昇し、駆動機構４２付近まで誘導される。これにより、中間吸込みチャンバー３１内の周方向の流動分布が向上する。
【００５２】
なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等は一例であり、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態においては、吸込ノズル３２と駆動機構４２とが周方向に９０°離間する構成を示したがこれに限ることはなく、さらに間隔を狭めることによってより装置全体のコンパクト化を図るような構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１  ターボ冷凍機
２  遠心圧縮機
３  凝縮器
４  中間冷却器
５  蒸発器
１２  回転軸
１５  第一インペラ
１６  第二インペラ
２１  内部空間
２３  リターン流路
３１  中間吸込みチャンバー（チャンバー）
３２  吸込ノズル
３３  スリット
３６  第二可動ベーン
３７  駆動装置
３９  駆動シャフト
４０  駆動リング
４１  ブラケット
４２  駆動機構
４３  案内羽根
４４  流路ガイド
【図１】
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【図２】
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【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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