(57)【要約】【課題】高い信頼性を有するターボ圧縮機を提供する。【解決手段】  ターボ圧縮機（３０ａ）は、回転軸（３５）と、翼車（３８）と、軸受（３６）と、排出空間（６５）と、調圧空間（６７）と、連通路（６８）とを備える。翼車（３８）は、翼車（３８）の前方の低圧空間（６２）の作動流体を高圧空間（６３）に向かって送る。軸受（３６）は翼車（３８）の前方に配置され、回転軸（３５）を回転可能に支持する。排出空間（６５）は、回転軸（３５）の軸線方向において軸受（３６）と翼車（３８）との間に設けられている。調圧空間（６７）は、低圧空間（６２）及び排出空間（６５）のそれぞれに連通している。連通路（６８）は、高圧空間（６３）を調圧空間（６７）に連通させている。【選択図】図１
2018123759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸に固定された翼車であって、当該翼車の前方の低圧空間の作動流体を高圧空間に向かって送る翼車と、
前記翼車の前方に配置され、前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、
前記回転軸の軸線方向において前記軸受と前記翼車との間に設けられ、前記軸受から流出した潤滑液を貯留する排出空間と、
前記低圧空間及び前記排出空間のそれぞれに連通している調圧空間と、
前記高圧空間を前記調圧空間に連通させ、前記高圧空間の前記作動流体を前記調圧空間に供給するための連通路と、を備えた、
ターボ圧縮機。
【請求項２】
前記調圧空間を区画する隔壁であって、前記翼車の前方の端との間に前記調圧空間と前記低圧空間とを連通させる隙間を定める隔壁をさらに備えた、請求項１に記載のターボ圧縮機。
【請求項３】
前記調圧空間を前記低圧空間に連通させる経路の幅は、前記調圧空間を前記排出空間に連通させる経路の幅よりも大きい、請求項１又は２に記載のターボ圧縮機。
【請求項４】
前記調圧空間を前記低圧空間に連通させる経路の少なくとも一部を定めるシール部をさらに備えた、請求項１又は２に記載のターボ圧縮機。
【請求項５】
前記連通路に配置され、前記連通路において前記作動流体の圧力を調節するレギュレーターをさらに備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載のターボ圧縮機。
【請求項６】
前記連通路を定める配管と、
前記軸受を収容する軸受箱であって、前記回転軸の軸線周りに所定の間隔で配置された複数の連結部を有する軸受箱と、を備え、
前記配管の一部は、前記回転軸の軸線方向における前記軸受箱と前記翼車との間で前記複数の連結部のいずれか１つと前記回転軸の軸線方向に一列に並んでいる、請求項１〜５のいずれか１項に記載のターボ圧縮機。
【請求項７】
前記潤滑液は、前記作動流体の前記主成分と同一種類の物質を主成分として含有している、請求項１〜６のいずれか１項に記載のターボ圧縮機。
【請求項８】
前記作動流体は、常温において大気圧より低い飽和蒸気圧を有する物質を主成分として含有しており、
前記潤滑液は、前記作動流体の前記主成分と同一種類の物質を主成分として含有している、請求項１〜６のいずれか１項に記載のターボ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ターボ圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、潤滑剤がインペラ羽根に流入することを抑制するのに有利なターボ圧縮機が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、図６に示す通り、ターボ圧縮機５００が記載されている。ターボ圧縮機５００は、ボディ５０２、軸受５０３、駆動軸５０４、インペラ羽根５０５、回転力発生部５０６、及び潤滑剤供給路５０７を有する。ボディ５０２は、主ボディ５２１と、シェル部５２２とを有する。主ボディ５２１は、大気に連通するモータ室として機能する作動室５２０を備えている。シェル部５２２は、コンプレッサ室５６２と、シェル室５６３とを有する。シェル室５６３は、コンプレッサ室５６２とターボ圧縮機５００の下流側の空間とを連通させている。
【０００４】
ターボ圧縮機５００において、リング状の第１シール部５０９がインペラ羽根５０５の後方に配置されている。第１シール部５０９は、インペラ羽根５０５で搬送させる流体（例えば気体）をシールするシール部として機能する。また、リング状の第２シール部５１０が第１シール部５０９の後方に配置されている。第２シール部５１０は、軸受５０３の潤滑剤（一般的には潤滑油）がインペラ羽根５０５又はコンプレッサ室５６２に抜けることを抑制している。
【０００５】
ターボ圧縮機５００は逃がし通路５７５を有する。逃がし通路５７５は、第１開口５７６と、第２開口５７７と、連通路５７８とを備えている。第１開口５７６は、駆動軸５０４の軸長方向において第１シール部５０９と第２シール部５１０との間の領域に形成されている。第２開口５７７は作動室５２０に連通している。連通路５７８は、第１開口５７６と第２開口５７７とを連通させている。第１シール部５０９と第２シール部５１０との間の領域は、大気圧又は大気圧に近い圧力に保たれる。インペラ羽根５０５の後方の背面圧をＰ１とし、第１シール部５０９と第２シール部５１０との間の領域の圧力をＰ２とするとき、背面圧Ｐ１は圧力Ｐ２よりも高く保たれる。このため、軸受５０３の潤滑剤がインペラ羽根５０５又はコンプレッサ室５６２に差圧によって流入することが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１４４７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１には、インペラ羽根５０５の前方に軸受を配置することは記載されていない。そこで、本開示は、翼車の前方に軸受が配置される場合に高い信頼性を有するターボ圧縮機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、
回転軸と、
前記回転軸に固定された翼車であって、当該翼車の前方において前記回転軸の半径方向に前記回転軸から離れて定められている低圧空間の作動流体を高圧空間に向かって送る翼車と、
前記翼車の前方に配置され、前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、
前記回転軸の軸線方向において前記軸受と前記翼車との間で前記軸受に接しており、前記軸受から流出した前記潤滑液を貯留する排出空間と、
前記低圧空間及び前記排出空間のそれぞれに異なる位置で連通している調圧空間と、
前記高圧空間を前記調圧空間に連通させ、前記高圧空間の前記作動流体を前記調圧空間に供給するための連通路と、を備えた、
ターボ圧縮機を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
上記のターボ圧縮機は、軸受が翼車の前方で回転軸を回転可能に支持しているが、高い信頼性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示のターボ圧縮機の一例を示す断面図
【図２】図１に示すターボ圧縮機の一部を示す正面図
【図３】本開示のターボ圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を示す構成図
【図４】本開示のターボ圧縮機の別の一例を示す断面図
【図５】本開示のターボ圧縮機のさらに別の一例を示す断面図
【図６】従来のターボ圧縮機を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜本発明者らの検討に基づく知見＞
ターボ圧縮機において回転軸を回転可能に支持する軸受を潤滑する潤滑液が翼車に向かって漏出すると、潤滑液が翼車に衝突することにより翼車において疲労又はエロージョンが発生する。これにより、翼車が損傷し、ターボ圧縮機の信頼性が低下してしまう。特許文献１に記載の通り、インペラ羽根５０５の後方の背面圧Ｐ１は高くなりやすい。このため、ターボ圧縮機において軸受を翼車の後方に配置すれば、潤滑液が翼車に向かって流れにくいと考えられる。
【００１２】
しかし、本発明者らは、ターボ圧縮機の運転条件によっては、回転軸を適切に回転可能に支持する観点から、翼車の前方にも回転軸を回転可能に支持する軸受を配置することが望ましい場合があることを見出した。ターボ圧縮機において翼車の前方の空間の作動流体は相対的に低い圧力を有する。このため、翼車の前方に軸受を配置する場合に潤滑液が翼車に向かって漏出することを防止することがターボ圧縮機の信頼性を高めるうえで極めて重要である。そこで、本発明者らは、翼車の前方に軸受を配置する場合に潤滑液が翼車に向かって漏出することを防止できる技術について日夜検討を重ね、本開示のターボ圧縮機を案出した。なお、この知見は本発明者らの検討に基づく知見であり、先行技術として自認するものではない。
【００１３】
本開示の第１態様は、
回転軸と、
前記回転軸に固定された翼車であって、当該翼車の前方の高圧空間に向かって送る翼車と、
前記翼車の前方に配置され、前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、
前記回転軸の軸線方向において前記軸受と前記翼車との間に設けられ、前記軸受から流出した潤滑液を貯留する排出空間と、
前記低圧空間及び前記排出空間のそれぞれに連通している調圧空間と、
前記高圧空間を前記調圧空間に連通させ、前記高圧空間の前記作動流体を前記調圧空間に供給するための連通路と、を備えた、
ターボ圧縮機を提供する。
【００１４】
第１態様によれば、高圧空間の作動流体が連通路を通って調圧空間に供給されるので、調圧空間の圧力が排出空間の圧力よりも高い。これにより、排出空間に貯留された潤滑液が低圧空間に漏出することを防止でき、潤滑液が翼車に衝突することを防止できる。その結果、翼車において疲労又はエロージョンを抑制でき、第１態様に係るターボ圧縮機は高い信頼性を有する。
【００１５】
本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記調圧空間を区画する隔壁であって、前記翼車の前方の端との間に前記調圧空間と前記低圧空間とを連通させる隙間を定める隔壁をさらに備えた、ターボ圧縮機を提供する。第２態様によれば、仮に潤滑液が調圧空間を通過して低圧空間に漏出したとしても、翼車の前方の端と隔壁との隙間を流れる潤滑液は、翼車の回転によるせん断力を受けて微小化される。その結果、低圧空間に漏出した潤滑液が翼車に悪影響を及ぼしにくい。
【００１６】
本開示の第３態様は、第１態様又は第２態様に加えて、前記調圧空間を前記低圧空間に連通させる経路の幅は、前記調圧空間を前記排出空間に連通させる経路の幅よりも大きい、ターボ圧縮機を提供する。軸受の内部に気体が入り込むと回転軸と軸受との潤滑が適切になされず、ターボ圧縮機の信頼性が低下する可能性がある。しかし、第３態様によれば、調圧空間に供給された作動流体は低圧空間に向かって流出しやすい。このため、気体の作動流体が軸受に流入しにくく、ターボ圧縮機が高い信頼性を有する。
【００１７】
本開示の第４態様は、第１態様又は第２態様に加えて、前記調圧空間を前記低圧空間に連通させる経路の少なくとも一部を定めるシール部をさらに備えた、ターボ圧縮機を提供する。第４態様によれば、調圧空間を低圧空間に連通させる経路における作動流体の圧力損失が増加し、調圧空間から低圧空間への作動流体の流出量が低減される。これにより、調圧空間において作動流体が高い圧力を有しやすい。例えば、翼車の回転数が比較的低い場合でも、調圧空間における作動流体の圧力が高くなりやすい。その結果、ターボ圧縮機がより高い信頼性を有する。加えて、作動流体が調圧空間から低圧空間に流出することによる損失を軽減でき、ターボ圧縮機が高い効率を発揮しやすい。
【００１８】
本開示の第５態様は、第１態様〜第４態様のいずれか１つの態様に加えて、前記連通路に配置され、前記連通路において前記作動流体の圧力を調節するレギュレーターをさらに備えた、ターボ圧縮機を提供する。第４態様によれば、調圧空間における作動流体の圧力がレギュレーターによって適切に調節され、ターボ圧縮機において高い信頼性と高い効率とを両立しやすい。
【００１９】
本開示の第６態様は、第１態様〜第５態様のいずれか１つの態様に加えて、前記連通路を定める配管と、前記軸受を収容する軸受箱であって、前記回転軸の軸線周りに所定の間隔で配置された複数の連結部を有する軸受箱と、を備え、前記配管の一部は、前記回転軸の軸線方向における前記軸受箱と前記翼車との間で前記複数の連結部のいずれか１つと前記回転軸の軸線方向に一列に並んでいる、ターボ圧縮機を提供する。翼車に向かう作動流体の流れが乱れるとサージングが発生することがある。第６態様によれば、低圧空間において、翼車に向かう作動流体の流れが連通路を定める配管によって乱れにくく、サージングが発生しにくい。このため、ターボ圧縮機が高い効率を発揮しやすい。
【００２０】
本開示の第７態様は、第１態様〜第６態様のいずれか１つの態様に加えて、前記潤滑液は、前記作動流体の前記主成分と同一種類の物質を主成分として含有している、ターボ圧縮機を提供する。第７態様によれば、作動流体が調圧空間から排出空間に漏出して潤滑液と接触しても潤滑液の特性が変化しにくい。本明細書において「主成分」とは質量基準で最も多く含まれている成分を意味する。
【００２１】
本開示の第８態様は、前記作動流体は、常温（日本工業規格：２０℃±１５℃、JIS Z 8703）において大気圧より低い飽和蒸気圧を有する物質を主成分として含有しており、前記潤滑液は、前記作動流体の前記主成分と同一種類の物質を主成分として含有している、ターボ圧縮機を提供する。第８態様によれば、潤滑液の粘度が比較的低くなりやすいが、ターボ圧縮機が上記の構成を有することにより、ターボ圧縮機が高い信頼性を有する。加えて、作動流体が調圧空間から排出空間に漏出して潤滑液と接触しても潤滑液の特性が変化しにくい。
【００２２】
以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は本発明の例示に過ぎず、これらによって本発明が限定されるわけではない。添付の図面において、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は互いに直交している。ＸＹ平面が水平であり、Ｚ軸負方向が鉛直下向き（重力方向）である。添付の図面において、Ｘ軸は同一の方向を示し、Ｙ軸は別の同一の方向を示している。
【００２３】
図１に示す通り、ターボ圧縮機３０ａは、回転軸３５と、翼車３８と、軸受３６（第一軸受）と、排出空間６５と、調圧空間６７と、連通路６８とを備えている。翼車３８は、回転軸３５に固定されている。翼車３８は、翼車３８の前方の低圧空間６２の作動流体を高圧空間６３に向かって送る。軸受３６は翼車３８の前方（ターボ圧縮機３０ａの運転期間中の作動流体の流れの上流側）に配置されている。軸受３６は、回転軸３５を回転可能に支持する。排出空間６５は、回転軸３５の軸線方向において軸受３６と翼車３８との間に設けられている。排出空間６５は、軸受３６から流出した潤滑液を貯留するための空間である。調圧空間６７は、低圧空間６２及び排出空間６５のそれぞれに連通している。連通路６８は、高圧空間６３を調圧空間６７に連通させ、高圧空間６３の作動流体を調圧空間６７に供給するための経路である。換言すると、連通路６８は、低圧空間６２をバイパスして高圧空間６３を調圧空間６７に連通させている。
【００２４】
ターボ圧縮機３０ａの運転期間において、翼車３８が回転することにより低圧空間６２における作動流体は翼車３８に向かって流れる。作動流体は翼車３８の周囲に定められた圧縮空間６１を通過して高圧空間６３に向かって流れる。翼車３８によって加速された作動流体の流れはその後減速して作動流体の流れの運動エネルギーが圧力エネルギーに変換される。これにより、高圧空間６３における作動流体の圧力は低圧空間６２における作動流体の圧力よりも高くなる。このようにして、ターボ圧縮機３０ａは作動流体を圧縮する。本明細書において、高圧空間６３とは、ターボ圧縮機３０ａの運転期間中の作動流体の流れにおいて翼車３８の下流側に位置し、低圧空間６２における作動流体の圧力よりも高い圧力を有する作動流体が流れる空間を意味する。
【００２５】
ターボ圧縮機３０ａの運転期間において、高圧空間６３を流れる作動流体の一部が連通路６８を通過して調圧空間６７に供給され、調圧空間６７の圧力が排出空間６５の圧力より高くなる。これにより、排出空間６５に貯留された潤滑液が低圧空間６２に漏出することを防止できる。このため、潤滑液が翼車３８に衝突することを防止でき、翼車３８において疲労又はエロージョンを抑制できる。その結果、ターボ圧縮機３０ａは高い信頼性を有する。
【００２６】
低圧空間６２は、例えば、翼車３８の前方において回転軸３５の半径方向に回転軸３５から離れて定められている。
【００２７】
図１に示す通り、ターボ圧縮機３０ａは、例えば調圧空間６７を区画する隔壁６７ａをさらに備えている。隔壁６７ａは、翼車３８の前方の端との間に調圧空間６７と低圧空間６２とを連通させる隙間を定めている。この場合、何らかの原因で仮に潤滑液が調圧空間６７を通過して低圧空間６２に漏出したとしても、翼車３８の前方の端と隔壁６７ａとの隙間を流れる潤滑液は、翼車３８の回転によるせん断力を受けて微小化される。その結果、低圧空間６７に漏出した潤滑液が翼車３８に悪影響を及ぼしにくい。
【００２８】
隔壁６７ａは、例えば、筒状であり、回転軸３５を取り囲んでいる。隔壁６７ａと回転軸３５との間に調圧空間６７が定められている。
【００２９】
図１に示す通り、例えば、ターボ圧縮機３０ａは、配管６８ａと、軸受箱４０とを備えている。配管６８ａは連通路６８を定めている。軸受箱４０の内部には軸受３６が収容されている。また、図２に示す通り、軸受箱４０は、回転軸３５の軸線周りに所定の間隔で配置された複数の連結部４２を有する。隣り合う連結部４２同士の間に低圧空間６２の一部が定められている。配管６８ａの一部は、回転軸３５の軸線方向における軸受箱４０と翼車３８との間で複数の連結部４２のいずれか１つと回転軸３５の軸線方向に一列に並んでいる。これにより、翼車３８に向かう作動流体の流れが連通路６８を定める配管６８ａによって乱れにくい。このため、サージングが発生しにくく、ターボ圧縮機３０ａが高い効率を発揮しやすい。
【００３０】
排出空間６５は、例えば、軸受箱４０の内面と回転軸３５との外面との間に定められている。排出空間６５は、例えば、回転軸３５に接した筒状の空間である。排出空間６５には、例えば潤滑液排出路６９ｂが接続されている。潤滑液排出路６９ｂは、排出空間６５に貯留された潤滑液をターボ圧縮機３０ａの外部に排出するための経路である。
【００３１】
調圧空間６７は、例えば、回転軸３５の軸線方向において排出空間６５と翼車３８との間に定められている。調圧空間６７を排出空間６５に連通させる経路は、例えば回転軸３５の外面に接して回転軸３５の軸線方向に延びている。調圧空間６７を排出空間６５に連通させる経路の少なくとも一部は区画部材７１によって定められている。区画部材７１は、例えばシールリングである。この場合、シールリングは典型的には樹脂製である。回転軸３５の半径方向において区画部材７１と回転軸３５との間には微小な隙間が形成されており、この隙間が調圧空間６７を排出空間６５に連通させる経路の少なくとも一部をなしている。調圧空間６７を排出空間６５に連通させる経路の幅は、例えば５０μｍ〜２５０μｍである。ここで、調圧空間６７を排出空間６５に連通させる経路の幅は、回転軸３５の半径方向における区画部材７１と回転軸３５との間の隙間の寸法に相当する。
【００３２】
調圧空間６７を低圧空間６２に連通させる経路の幅は、調圧空間６７を排出空間６５に連通させる経路の幅よりも大きい。例えば、調圧空間６７を低圧空間６２に連通させる経路の幅は、１ｍｍ〜５ｍｍである。ここで、調圧空間６７を低圧空間６２に連通させる経路の幅は、回転軸３５の軸線方向における隔壁６７ａと翼車３８の前方の端との間の隙間の寸法に相当する。軸受３６の内部に気体が入り込むと回転軸３５と軸受３６との潤滑が適切になされず、ターボ圧縮機３０ａの信頼性が低下する可能性がある。しかし、調圧空間６７を低圧空間６２に連通させる経路の幅が調圧空間６７を排出空間６５に連通させる経路の幅よりも大きいので、調圧空間６７に供給された作動流体は低圧空間６２に流出しやすい。このため、気体の作動流体が軸受３６に流入しにくく、ターボ圧縮機３０ａが高い信頼性を有する。調圧空間６７を低圧空間６２に連通させる経路の幅が変動する場合には、この幅は最小の幅を意味する。調圧空間６７を低圧空間６２に連通させる経路の幅が変動する場合にも同様である。
【００３３】
調圧空間６７は、例えば、回転軸３５に接して定められている。換言すると、調圧空間６７は、回転軸３５の半径方向において低圧空間６２と回転軸３５との間に定められている。
【００３４】
低圧空間６２は、例えば、作動流体の流れ方向において翼車３８の上流に位置し、軸受３６の半径方向外側において筒状に定められている。
【００３５】
図１に示す通り、ターボ圧縮機３０ａは、例えば、連通路６８に配置されたレギュレーター７４をさらに備えている。レギュレーター７４は、連通路６８において作動流体の圧力を調節する。調圧空間６７における作動流体の圧力がレギュレーター７４によって適切に調節され、ターボ圧縮機３０ａにおいて高い信頼性と高い効率とを両立しやすい。レギュレーター７４は、作動流体の圧力を調節できる限り特に制限されないが、例えば、ニードルバルブ及びグローブバルブ等のバルブ、オリフィス、又はキャピラリーチューブである。
【００３６】
図１に示す通り、ターボ圧縮機３０ａは、例えば、ケーシング３１ａ、ケーシング３１ｂ、駆動モータ３２、第二軸受３７、及び軸受押え５０をさらに備えている。ケーシング３１ａの内部には翼車３８が収容されている。ケーシング３１ａの内面と翼車３８との間に圧縮空間６１が定められている。ターボ圧縮機３０ａは、例えば遠心式圧縮機である。ケーシング３１ａの内部には、翼車３８の半径方向外側に渦形室が定められており、渦形室の少なくとも一部が高圧室６３の一部をなしている。
【００３７】
ケーシング３１ａの内部には翼車３８が配置されている。また、ケーシング３１ａの内部には軸受箱４０が翼車３８の前方に配置されている。翼車３８は、例えば焼き嵌めによって回転軸３５に固定されている。ケーシング３１ａの一部は前方に向かって拡大する内径を有するラッパ形状を有する。
【００３８】
第一軸受３６は、翼車３８の前方において回転軸３５の軸線方向における一方の端部を回転可能に支持している。第一軸受３６は、例えばすべり軸受である。第一軸受３６は、例えばすべり面３６ａを有し、すべり面３６ａは、回転軸３５の外面との間に潤滑液を受け入れるための潤滑空間６４を定めている。この場合、第一軸受３６の内面（すべり面３６ａ）と回転軸３５の外面との隙間（潤滑空間６４）の大きさは、ターボ圧縮機３０ａの運転期間中に潤滑液によって流体潤滑できるように定められている。第一軸受３６の内面と回転軸３５の外面との隙間の大きさは、例えば数十μｍである。第二軸受３７は、回転軸３５の軸線方向における他方の端部を回転可能に支持している。第二軸受３７は、例えば、すべり軸受である。第二軸受３７の内面（すべり面）と回転軸３５の外面との隙間の大きさもターボ圧縮機３０ａの運転期間中に潤滑液によって流体潤滑できるように定められている。
【００３９】
第一軸受３６及び第二軸受３７は、潤滑液が使用される軸受である限り特に制限されず、例えば玉軸受又はころ軸受であってもよい。
【００４０】
軸受押え５０は、回転軸３５の軸線方向において軸受箱４０に固定されている。また、軸受３６は、回転軸３５の軸線方向において軸受押え５０と排出空間６５との間に配置されている。軸受押え５０は軸線方向に延びている貫通孔を有し、この貫通孔に潤滑液供給路６９ａを定める配管が挿入されている。潤滑液供給路６９ａは、軸受３６に向かって潤滑液を供給するための経路である。軸受押え５０の貫通孔は軸受３６の軸受穴と連なっている。ターボ圧縮機３０ａの運転期間において潤滑液が潤滑液供給路６９ａを通って潤滑空間６４に供給される。これにより、潤滑空間６４が潤滑液によって満たされる。
【００４１】
ケーシング３１ｂは、回転軸３５の軸線方向においてケーシング３１ａに固定されている。ケーシング３１ｂの内部には駆動モータ３２が収容されている。
【００４２】
駆動モータ３２は、固定子３３及び回転子３４を備えている。回転軸３５は、軸線方向における駆動モータ３２の両端から回転可能に突出して延びている。固定子３３及び回転子３４は、それぞれ円筒状であり、同心に配置されている。回転子３４の外面と固定子３３の内面との間には所定の隙間が存在し、回転子３４は軸線周りに回転可能である。
【００４３】
固定子３３は、ケーシング３１ｂの内面に固定されている。固定子３３は、例えば積層された電磁鋼板である鉄心にコイルが巻かれた構成を有する。固定子３３には、インバータ（図示省略）によって電圧がかけられる。この電圧の周波数は変化する。電圧の変化する周波数によって固定子３３の鉄心の周りに回転方向に周期的に切り替わる磁界が生成される。
【００４４】
回転子３４は、例えば、積層された電磁鋼板である鉄心にアルミニウム又は銅などの材料でできた導体バーが挿入された構成を有する。加えて、回転子３４は、例えば導体バーの両端において円筒形のエンドリングによって複数の導体バーが短絡されている構成を有する。回転子３４は、例えば焼き嵌めによって回転軸３５に固定されている。回転子３４は、回転子３４と固定子３３との電磁気的相互作用により回転する。回転子３４の周囲に配置された固定子３３のコイルを流れる電流によって発生する磁界により、回転子３４の導体バー及びエンドリングによって形成された電気回路に誘導電流が流れる。これにより、回転子３４の鉄心によって磁界が発生する。この場合、固定子３３によって発生する磁界により固定子３３と回転子３４との間に引力が発生する。その結果、回転子３４が回転する。
【００４５】
潤滑液は、例えば、ターボ圧縮機３０ａの作動流体の主成分と同一種類の物質を主成分として含有している。この場合、作動流体が調圧空間６７から排出空間６５に漏出して潤滑液と接触しても潤滑液の特性が変化しにくい。
【００４６】
ターボ圧縮機３０ａの作動流体は、特に制限されないが、例えば常温において大気圧より低い飽和蒸気圧を有する物質を主成分として含有している。潤滑液は、例えば作動流体の主成分と同一種類の物質を主成分として含有している。この場合、潤滑液の粘度が比較的低くなりやすいが、ターボ圧縮機３０ａは、上記の構成を有するので高い信頼性を有する。作動流体の主成分になりうる、常温において大気圧より低い飽和蒸気圧を有する物質は、例えば水、アルコール、又はエーテルである。
【００４７】
ターボ圧縮機３０ａの運転期間中の低圧空間６２、排出空間６５、及び調圧空間６７における圧力は、例えば、それぞれ絶対圧で１ｋＰａ、２ｋＰａ、及び２．５ｋＰａである。
【００４８】
ターボ圧縮機３０ａは、例えば冷凍サイクル装置１０に適用できる。冷凍サイクル装置１０は、例えばターボ圧縮機３０ａと、凝縮器と、蒸発器とを備え、液体の作動流体を貯留する貯留空間８０を有する。冷凍サイクル装置１０において、貯留空間８０からターボ圧縮機３０ａの軸受３６に液体の作動流体が潤滑液として送られる。図３に示す通り、冷凍サイクル装置１０は、例えば、主回路２１と、第一循環回路２２と、第二循環回路２３と、ターボ圧縮機３０ａとを備えている。冷凍サイクル装置１０は、例えば冷房専用の空気調和装置として機能する。
【００４９】
主回路２１は、第一貯留槽２４、ターボ圧縮機３０ａ、及び第二貯留槽２５がこの順に接続されている回路である。第一貯留槽２４の内部空間とターボ圧縮機３０ａにおける低圧空間６２とが流路２１ａによって連通している。ターボ圧縮機３０ａにおける高圧空間６３と第二貯留槽２５の内部空間とが流路２１ｃによって連通している。第二貯留槽２５の内部空間と第一貯留槽２４の内部空間とが流路２１ｄによって連通している。
【００５０】
第一循環回路２２は、第一ポンプ２６及び第一熱交換器２７を有する。第一循環回路２２は、第一貯留槽２４に貯留された液体の作動流体が第一ポンプ２６によって第一熱交換器２７に供給され、第一熱交換器２７で吸熱した作動流体が第一貯留槽２４に戻るように構成されている。第一循環回路２２において、第一貯留槽２４と第一ポンプ２６との入口とが流路２２ａによって接続されている。第一ポンプ２６の出口と第一熱交換器２７の入口とが流路２２ｂによって接続されている。第一熱交換器２７の出口と第一貯留槽２４とが流路２２ｃによって接続されている。
【００５１】
第二循環回路２３は、第二ポンプ２８及び第二熱交換器２９を有する。第二循環回路２３は、第一貯留槽２４に貯留された液体の作動流体が第二ポンプ２８によって第二熱交換器２９に供給され、第二熱交換器２９で放熱した作動流体が第二貯留槽２５に戻るように構成されている。第二循環回路２３において、第二貯留槽２５と第二ポンプ２８の入口とが流路２３ａによって接続されている。第二ポンプ２８の出口と第二熱交換器２９の入口とが流路２３ｂによって接続されている。第二熱交換器２９の出口と第二貯留槽２５とが流路２３ｃによって接続されている。
【００５２】
第二貯留槽２５には、冷凍サイクルにおける低温高圧の作動流体が貯留されている。低温高圧の作動流体は、流路２１ｄを通って第一貯留槽２４に送られ、第一貯留槽２４において膨張又は蒸発して低温低圧の作動流体になる。冷凍サイクル装置１０において、第一貯留槽２４は蒸発器として機能する。第一貯留槽２４において低温低圧になった作動流体は、流路２１ａを通ってターボ圧縮機３０ａに送られ、ターボ圧縮機３０ａによって高温高圧に圧縮され、流路２１ｃに吐出される。高温高圧の作動流体は流路２１ｃを通って第二貯留槽２５に送られる。第二貯留槽２５に流入した高温高圧の作動流体は第二貯留槽２５において冷却され低温高圧の作動流体になる。
【００５３】
第一貯留槽２４の内部において、低温高圧の作動流体は第一循環回路２２に充填された熱媒体を冷却して低温低圧の作動流体になる。熱媒体は、第一ポンプ２６の作動により流路２２ａ及び流路２２ｂを通って第一熱交換器２７に送られ、第一熱交換器２７において室内の空気を冷却した後、第一貯留槽２４に戻される。
【００５４】
第二貯留槽２５に流入した高温高圧の作動流体は、第二循環回路２３に充填された熱媒体に放熱して低温高圧の作動流体になる。冷凍サイクル装置１０において、第二貯留槽２５は凝縮器として機能する。熱媒体は、第二ポンプ２８の作動により流路２３ａ及び流路２３ｂを通って第二熱交換器２９に送られ、第二熱交換器２９において室外の空気に放熱し、第二貯留槽２５に戻される。
【００５５】
冷凍サイクル装置１０は、上記のように動作することにより、冷房専用の空気調和装置として機能する。
【００５６】
冷凍サイクル装置１０において、例えば、第一貯留槽２４に貯留されている液相の作動流体が軸受３６に供給されるべき潤滑液として利用される。すなわち、第一貯留槽２４がその内部に貯留空間８０を有する。潤滑液供給路６９ａは、第一貯留槽２４に接続されている。第一貯留槽２４に貯留されている液相の作動流体は、ポンプ（図示省略）の作動により潤滑液供給路６９ａを通って軸受３６に供給される。軸受３６から流出した潤滑液は、排出空間６５に一時的に貯留された後、潤滑液排出路６９ｂを通って排出される。潤滑液排出路６９ｂは、例えば第一貯留槽２４に接続されている。このため、潤滑液は潤滑液排出路６９ｂを通って第一貯留槽２４に戻される。
【００５７】
潤滑液は液体であり、潤滑液排出路６９ｂにおける潤滑液の流れの圧力損失は小さく、排出空間６５の圧力は第一貯留槽２４の圧力とほぼ同じである。一方、低圧空間６２において第一貯留槽２４から供給される作動流体が翼車３８に向かって吸い込まれるように流れるので、低圧空間６２における圧力は排出空間６５における圧力よりも低い。このため、排出空間６５と低圧空間６２とが直接連通していると仮定すると、軸受３６から排出空間６５に流出した潤滑液が回転軸３５の回転による遠心力によって飛散し、圧力差によって低圧空間６２に漏出する可能性がある。しかし、ターボ圧縮機３０ａは、調圧空間６７を備え、調圧空間６７に高圧空間６３の作動流体が連通路６８を通って供給されるので、排出空間６５から低圧空間６２に潤滑液が漏出することを防止できる。
【００５８】
冷凍サイクル装置１０において、例えば、第一貯留槽２４に貯留されている液相の作動流体が第二軸受３７に供給されるべき潤滑液として利用され、第二軸受３７に供給された潤滑液は例えば第一貯留槽２４に戻される。
【００５９】
第二貯留槽２５に貯留されている液相の作動流体が第一軸受３６に供給されるべき潤滑液及び第二軸受３７に供給されるべき潤滑液として利用されてもよい。冷凍サイクル装置における液相の作動流体であれば適宜第一軸受３６に供給されるべき潤滑液及び第二軸受３７に供給されるべき潤滑液として利用できる。
【００６０】
（変形例）
ターボ圧縮機３０ａは様々な観点から変更可能である。例えば、ターボ圧縮機３０ａは軸流式圧縮機又は斜流式圧縮機に変更されてもよいし、複数の圧縮機構を有する多段圧縮機に変更されてもよい。少ない段数で圧縮比を高める場合には遠心式圧縮機が適しており、大流量の作動流体を圧縮する場合には軸流式圧縮機又は斜流式圧縮機が適している。ターボ圧縮機３０ａは、冷凍サイクル装置１０以外に、例えばプラント又は大型船舶に使用される空気圧縮装置にも適用可能である。
【００６１】
ターボ圧縮機３０ａが多段圧縮機に変更される場合、作動流体の流れ方向において上流に配置された翼車と下流に配置された翼車との間に中間冷却器が配置されてもよい。この場合、連通路６８は、作動流体の流れ方向において中間冷却器よりも下流で高圧空間６３に接続されている。このため、中間冷却器によって冷却された作動流体が調圧空間６７に供給される。これにより、調圧空間６７に供給された作動流体の有する熱が熱伝導により排出空間６５及び潤滑空間６４に伝わり高温になることを抑制できる。その結果、潤滑液の温度上昇を軽減できる。中間冷却器は、作動流体を冷却できる限り特に制限されないが、例えば、冷却用の熱媒体の流路を定める配管によって構成されている。
【００６２】
ターボ圧縮機３０ａは、図４に示すターボ圧縮機３０ｂ又は図５に示すターボ圧縮機３０ｃのように変更されてもよい。ターボ圧縮機３０ｂ及びターボ圧縮機３０ｃは、特に説明する場合を除き、ターボ圧縮機３０ａと同様に構成されている。ターボ圧縮機３０ａの構成要素と同一又は対応するターボ圧縮機３０ｂ及びターボ圧縮機３０ｃの構成要素には同一の符号を付し詳細な説明を省略する。ターボ圧縮機３０ａに関する上記の説明は技術的に矛盾しない限りターボ圧縮機３０ｂ及びターボ圧縮機３０ｃにもあてはまる。
【００６３】
ターボ圧縮機３０ｂは、調圧空間６７を低圧空間６２に連通させる経路の少なくとも一部を定めるシール部７２ａをさらに備えている。シール部７２ａは、シールリングである。ターボ圧縮機３０ｃは、調圧空間６７を低圧空間６２に連通させる経路の少なくとも一部を定めるシール部７２ｂをさらに備えている。シール部７２ｂはラビリンスシールである。シール部７２ｂであるラビリンスシールは、例えば、調圧空間６７を定める部品の壁面及び翼車３８によって定められている。シール部７２ａ又はシール部７２ｂによって、調圧空間６７を低圧空間６２に連通させる経路を流れる流体の圧力損失が増加し、調圧空間６７から低圧空間６２への作動流体の流出量が低減される。これにより、調圧空間６７において作動流体が高い圧力を有しやすい。例えば、翼車３８の回転数が比較的低い場合でも、調圧空間６７における作動流体の圧力が高くなりやすい。その結果、ターボ圧縮機３０ｂ及びターボ圧縮機３０ｃがより高い信頼性を有する。加えて、作動流体が調圧空間６７から低圧空間６２に流出することによる損失を軽減でき、ターボ圧縮機３０ｂ及びターボ圧縮機３０ｃは高い効率を発揮しやすい。
【００６４】
ターボ圧縮機３０ｂ及びターボ圧縮機３０ｃのそれぞれは、例えば、ターボ圧縮機３０ａと同様にレギュレーター７４を備えている。ターボ圧縮機３０ｂ及びターボ圧縮機３０ｃにおいて、シール部７２ａ又はシール部７２ｂにより、調圧空間６７の作動流体が排出空間６５に流れやすい。しかし、レギュレーター７４によって調圧空間６７に供給される作動流体の圧力を潤滑空間６４における圧力よりも低くすれば、調圧空間６７の作動流体が排出空間６５に流れやすくても、潤滑空間６４に作動流体が流入することを防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本開示のターボ圧縮機は、家庭用又は業務用の空気調和装置、チラー、給湯用ヒートポンプに特に有用である。本開示のターボ圧縮機は、産業用製氷装置又は冷凍冷蔵装置等の大型の冷凍サイクル装置、プラント等で使用される空圧機器の動力源、及びクリーンルーム等で使用される圧縮空気を利用した清浄装置における圧縮空気の供給源にも適用できる。
【符号の説明】
【００６６】
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ      ターボ圧縮機
３５                        回転軸
３６                        軸受
３８                        翼車
４０                        軸受箱
４２                        連結部
６２                        低圧空間
６３                        高圧空間
６５                        排出空間
６７                        調圧空間
６８                        連通路
６８ａ                      配管
７２ａ、７２ｂ              シール部
７４                        レギュレーター
【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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