(57)【要約】【課題】回転体の重量の増大を抑制させつつ、漏れ流れを低減させることが可能な遠心圧縮機を提供する。【解決手段】  遠心圧縮機２は、インペラ１２およびシュラウドハウジング１１ｃを備えている。インペラ１２は、複数の大羽根１２２および小羽根１２３を有している。シュラウドハウジング１１ｃは、大羽根１２２、小羽根１２３の径方向外側に沿うように対向している前面壁１１ｘと、前面壁１１ｘに形成された複数の溝１１ｇと、を有している。溝１１ｇの深さは、大羽根１２２、小羽根１２３の回転進行方向Ｒ側よりも、回転進行方向Ｒとは反対側の方が深い。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の羽根（１２２、１２３）を有するインペラ（１２）と、
前記複数の羽根を前記インペラの回転半径方向外側から覆うシュラウドハウジング（１１ｃ）と、
を備え、
前記シュラウドハウジングは、前記羽根の前記回転半径方向外側に沿うように対向している壁面（１１ｘ）と、前記壁面に形成された溝（１１ｇ）と、を有しており、
前記溝の深さは、前記羽根の回転進行方向（Ｒ）側よりも、前記回転進行方向とは反対側の方が深い、
遠心圧縮機（２）。
【請求項２】
前記羽根は、前記シュラウドハウジングの前記壁面に対面しており、前記インペラが回転することで描かれる軌跡の接線方向に対して平行に広がっている端面（１２２ｘ、１２３ｘ）を有している、
請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記羽根の前記端面における前記羽根の厚み方向の幅は、対応して設けられている前記溝の幅（Ｌ）以下である、
請求項２に記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記溝は、前記羽根の前記回転半径方向外側端部に対向して沿った形状となるように、前記シュラウドハウジングの前記壁面に形成されている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。
【請求項５】
前記溝は、前記インペラの前記複数の羽根の全てに対応するように、前記シュラウドハウジングの前記壁面に複数設けられている、
請求項１から４のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。
【請求項６】
二酸化炭素が冷媒として用いられる、
請求項１から５のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数の羽根を有しており、インペラが、シュラウドハウジング内に配置されて構成された遠心圧縮機が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１（特開２００５−３３０８１６号公報）に記載の遠心圧縮機では、インペラの複数の羽根は、ハブからシュラウドハウジングの内壁の近くに向けて放射状に伸びるように形成されている。そして、固定されたシュラウドハウジング内において、インペラがモータ等の駆動源によって回転駆動されることにより、流体の吸入、圧縮、および、吐出が行われる。
【０００４】
このインペラの羽根は、ハブ側からシュラウドハウジングの内壁の近くに至るまで、概ね均一の板厚となるように形成されている。そして、インペラの羽根のシュラウドハウジングの内壁側の端部は、シュラウドハウジングの内壁に対して垂直となるように設けられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の遠心圧縮機では、インペラの羽根が、ハブからシュラウドハウジングの内壁の近くまで伸びて形成されているが、羽根とシュラウドハウジングの内壁とは接していない。このため、インペラを回転させた場合に、羽根の端部とシュラウドハウジングの内壁との間を、羽根の板厚方向に通過する漏れ流れが生じてしまう。
【０００６】
上述のような、いわゆるオープンインペラに対して、インペラの吸入口と吐出口を除いて、羽根の外側の端部にカバーが固定されているいわゆるクローズドインペラを採用した場合には、上記漏れ流れを防止することができる。しかしながら、クローズドインペラを回転させる場合には、ハブと複数の羽根を一体に回転させるだけでなく、さらに、カバーも一体に回転させる必要が生じ、回転体の重量が増大してしまう。特に、インペラを高速回転させた場合であっても、羽根とカバーとが分解してしまわないように、互いに強固に固定される必要がある場合には、各部分の厚みを増して設計されるため、回転体の重量がよりいっそう増大してしまうことになる。
【０００７】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、回転体の重量の増大を抑制させつつ、漏れ流れを低減させることが可能な遠心圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１観点に係る遠心圧縮機は、インペラおよびシュラウドハウジングを備えている。インペラは、複数の羽根を有している。シュラウドハウジングは、複数の羽根をインペラの回転半径方向外側から覆っている。シュラウドハウジングは、羽根の回転半径方向外側に沿うように対向している壁面と、壁面に形成された溝と、を有している。溝の深さは、羽根の回転進行方向側よりも、回転進行方向とは反対側の方が深い。なお、シュラウドハウジングは、インペラの回転半径方向外側から複数の羽根の全体を覆っている必要はなく、複数の羽根に対して、吸入口や吐出口に対応する部分を除くインペラの回転半径方向外側の一部を覆っていればよい。また、ここで、シュラウドハウジングに形成されている溝は、インペラの複数の羽根の全てに対応するだけ設けられている必要はなく、インペラの羽根の枚数よりも溝の個数の方が多くてもよいし、少なくてもよい。なお、ここでの回転進行方向は、例えば、インペラの回転時における羽根に対する正圧側であってもよい。
【０００９】
この遠心圧縮機のシュラウドハウジングの壁面には、インペラの羽根の回転進行方向側よりも、回転進行方向とは反対側の方が深くなるように形成された溝が設けられている。このため、インペラを回転させている場合に、シュラウドハウジングの壁面に形成された溝と、インペラの羽根がこの溝に対向する場所に位置している際の端部と、の間に生じる空間は、回転進行方向の反対側よりも回転進行方向側の方が狭くなっている。このため、インペラの羽根の回転進行方向に存在する流体が回転進行方向とは反対側に漏れ出そうとする場合には、インペラの羽根の回転進行方向側の非常に広い空間から、溝の浅い部分と羽根の先端との間の狭い部分を通過した後に、溝の深い部分と羽根の先端との間の比較的広い部分を通過して、回転進行方向とは反対側の非常に広い空間に向けて流れ出す必要がある。この場合、漏れ流れは、羽根の回転進行方向とは反対側の非常に広い空間に到達する前段階で、広い空間から急激に狭くなった通路を通過した後、溝の傾斜によっておだやかに広がった通路を通過している。このため、シュラウドハウジングの壁面とインペラの羽根との間において、羽根の回転進行方向とは反対側から回転進行方向側に向けて通過する流れよりも、羽根の回転進行方向から回転進行方向の反対側に向けて通過する漏れ流れのほうが通過しにくい、というラビリンス効果を得ることができている。
【００１０】
そして、このインペラは、羽根の外側のカバーと一体に回転するクローズドインペラではないため、羽根に固定されるカバーが不要であり、重量の増大を抑制することができている。
【００１１】
これにより、回転体の重量の増大を抑制させつつ、インペラの羽根とシュラウドハウジングの壁面との間を通過する漏れ流れを低減させることが可能になっている。
【００１２】
本発明の第２観点に係る遠心圧縮機は、第１観点に係る遠心圧縮機において、羽根は、シュラウドハウジングの壁面に対面しており、インペラが回転することで描かれる軌跡の接線方向に対して平行に広がっている端面を有している。
【００１３】
仮に、上記第１観点に係る遠心圧縮機の効果を得るために羽根の先端部分が先細りするように傾斜が設けられた構造を採用する場合は、羽根の厚みを薄くするとインペラの強度が低下してしまうことから、羽根の厚みを増大させることが必要になってしまう。
【００１４】
これに対して、この遠心圧縮機では、シュラウドハウジングの壁面に対面している羽根の先端部分の形状を、フラットな形状としている。このため、羽根の先端部分を先細り形状とすることなく、インペラの羽根の強度を確保しながら漏れ流れを低減させることができている。
【００１５】
本発明の第３観点に係る遠心圧縮機は、第２観点に係る遠心圧縮機において、羽根の端面における羽根の厚み方向の幅は、対応して設けられている溝の幅以下である。
【００１６】
この遠心圧縮機では、より十分なラビリンス効果を得ることができる。
【００１７】
本発明の第４観点に係る遠心圧縮機は、第１観点から第３観点のいずれかに係る遠心圧縮機において、溝は、羽根の回転半径方向外側端部に対向して沿った形状となるように、シュラウドハウジングの壁面に形成されている。
【００１８】
この遠心圧縮機では、シュラウドハウジングの壁面において、インペラの羽根の外縁に沿うように、溝が形成されている。このため、漏れ流れを低減させる効果を、冷媒が通過する部分に沿って得ることができる。
【００１９】
本発明の第５観点に係る遠心圧縮機は、第１観点から第４観点のいずれかに係る遠心圧縮機において、溝は、インペラの複数の羽根の全てに対応するように、シュラウドハウジングの壁面に複数設けられている。
【００２０】
この遠心圧縮機では、シュラウドハウジングの内壁との間を通過する漏れ流れをさらに低減させることができる。
【００２１】
本発明の第６観点に係る遠心圧縮機は、第１観点から第５観点のいずれかに係る遠心圧縮機において、二酸化炭素が冷媒として用いられる。
【００２２】
例えば、冷媒として二酸化炭素を使用するヒートポンプ装置において、遠心圧縮機を冷媒の圧縮機として使用する場合には、流体（すなわち、二酸化炭素）の動作圧力が高くなる。このため、インペラの羽根とシュラウドハウジングの内壁との間の漏れ流れがより生じやすくなってしまう。
【００２３】
これに対して、この遠心圧縮機では、このように流体として二酸化炭素を用いる場合であっても、回転体の重量の増大を抑制させつつ、インペラの羽根とシュラウドハウジングとの間の漏れ流れを低減させるという効果を十分に得ることができるため、フロン等の動作圧力が低い流体を使用する場合に比べて、漏れ流れを低減するメリットが大きくなる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の第１観点に係る遠心圧縮機では、回転体の重量の増大を抑制させつつ、インペラの羽根とシュラウドハウジングの壁面との間を通過する漏れ流れを低減させることが可能になっている。
【００２５】
本発明の第２観点に係る遠心圧縮機では、インペラの羽根の強度を確保しながら漏れ流れを低減させることができている。
【００２６】
本発明の第３観点に係る遠心圧縮機では、より十分なラビリンス効果を得ることができる。
【００２７】
本発明の第４観点に係る遠心圧縮機では、漏れ流れを低減させる効果を、冷媒が通過する部分に沿って得ることができる。
【００２８】
本発明の第５観点に係る遠心圧縮機では、シュラウドハウジングの内壁との間を通過する漏れ流れをさらに低減させることができる。
【００２９】
本発明の第６観点に係る遠心圧縮機では、フロン等の動作圧力が低い流体を使用する場合に比べて、漏れ流れを低減するメリットが大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】遠心圧縮機が採用されたヒートポンプ装置の概略構成図である。
【図２】遠心圧縮機の概略断面図である。
【図３】インペラの近傍を示す概略拡大断面図である。
【図４】インペラの概略斜視図である。
【図５】インペラを収容するシュラウドハウジングの壁面に設けられた溝の位置を示す概略斜視図である。
【図６】図３のＨ−Ｈ断面図である。
【図７】羽根の幅と溝の幅が等しい場合のモデルを示す図である。
【図８】羽根の幅が溝の幅より長い場合のモデルを示す図である。
【図９】羽根の幅が溝の幅より短い場合のモデルを示す図である。
【図１０】他の実施形態（５−１）に係るインペラの羽根とシュラウドハウジングの溝との構造関係を示す断面図である。
【図１１】他の実施形態（５−２）に係るインペラの羽根とシュラウドハウジングの溝との構造関係を示す断面図である。
【図１２】他の実施形態（５−３）に係るインペラの羽根とシュラウドハウジングの溝との構造関係を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る遠心圧縮機が採用されたヒートポンプ装置の一実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００３２】
（１）ヒートポンプ装置１の全体構成
図１は、本発明に係る遠心圧縮機の一例である単段遠心圧縮機２が採用されたヒートポンプ装置１の概略構成図である。
【００３３】
ヒートポンプ装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって、空調や冷温水の生成を行う装置である。ヒートポンプ装置１は、主として、単段遠心圧縮機２、四路切換弁１５、熱源側熱交換器３、熱源側膨張機構４、冷却管９ａ、冷却管９ｂ、利用側膨張機構８、および、利用側熱交換器５を有しており、これらの機器が接続されることによって冷媒回路を構成している。ここでは、冷媒として二酸化炭素が使用されている。
【００３４】
単段遠心圧縮機２は、利用側熱交換器５から流れ出た冷媒を吸入側に導く吸入管６と、吐出側から熱源側熱交換器３の入口まで伸びている吐出管７と、に接続されており、吸入管６から低圧の冷媒を吸入して圧縮した後に吐出管７に高圧の冷媒を吐出する遠心圧縮機である。
【００３５】
四路切換弁１５は、吐出管７の単段遠心圧縮機２側とは反対側に設けられており、冷媒回路における冷媒流れを切り換えることで冷房運転と暖房運転との切り換えを行う。冷房運転時には、熱源側熱交換器３を冷媒の放熱器として機能させつつ、利用側熱交換器５を冷媒の蒸発器として機能させる。暖房運転時には、利用側熱交換器５を冷媒の放熱器として機能させつつ、熱源側熱交換器３を冷媒の蒸発器として機能させる。なお、熱源側熱交換器３および利用側熱交換器５は、冷媒の放熱器として機能する場合には、空調対象空間の空気を加熱する、および／または、水等の流体を加熱する。なお、熱源側熱交換器３および利用側熱交換器５は、冷媒の蒸発器として機能する場合には、空調対象空間の空気を冷却する、および／または、水等の流体を冷却する。
【００３６】
冷却管９ａは、膨張機構４によって減圧された後の低圧の冷媒を、冷媒回路から分岐させ、後述するモータケーシング５１の内部空間まで導く配管である（図２参照）。また、冷却管９ｂは、このモータケーシング５１の内部空間を通過した低圧の冷媒を吸入管６に導く配管である。これにより、モータケーシング５１の内部空間の圧力は、冷凍サイクルにおける低圧になっており、この低圧の冷媒によって、ロータ５３及びステータ５４が冷却されるようになっている。
【００３７】
熱源側膨張機構４および利用側膨張機構８は、それぞれ通過する冷媒の圧力を下げる機構である。
【００３８】
このように、ヒートポンプ装置１は、冷媒として二酸化炭素を使用する蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって、空調や冷温水の生成を行う装置であり、圧縮機として単段遠心圧縮機２を使用している。このため、冷媒としてフロン等を使用する場合に比べて、冷媒の動作圧力が高くなっている。例えば、冷媒としてフロンの一種であるＲ１３４ａを使用する場合には、冷凍サイクルの低圧が約０．２９ＭＰａ（蒸発温度０℃）であり、冷凍サイクルの高圧が約０．７７ＭＰａ（凝縮温度３０℃）である。これに対して、冷媒として二酸化炭素を使用する場合には、冷凍サイクルの低圧が約３．５ＭＰａ（蒸発温度０℃）となり、冷凍サイクルの高圧が約７．２ＭＰａ（凝縮温度３０℃）となり、圧力差が大きくなるため、漏れ流れを防止させるメリットが大きくなっている。
【００３９】
（２）単段遠心圧縮機の構成
図２は、単段遠心圧縮機２の概略断面図である。図３は、図２のインペラ１２の近傍を示す概略拡大断面図である。図４は、インペラの概略斜視図である。図５は、インペラを収容するシュラウドハウジングの壁面に設けられた溝の位置を示す概略斜視図である。図６は、図３のＨ−Ｈ断面図である。
【００４０】
ここで、インペラ１２及び回転軸５２の回転中心をＯ、回転軸線をＯ−Ｏとし、回転軸線Ｏ−Ｏに沿う方向を軸方向又は前後方向とする。なお、軸に近づく方向を径方向内側（回転半径方向の内側）とし、軸から遠ざかる方向を径方向外側（回転半径方向の外側）とする。
【００４１】
単段遠心圧縮機２は、主として、モータ５０と、圧縮機構１０と、を有している。
【００４２】
（２−１）モータ５０
モータ５０は、圧縮機構１０を駆動するモータであり、主として、モータケーシング５１と、回転軸５２と、ロータ５３と、ステータ５４とを有している。
【００４３】
モータケーシング５１の内部には、回転軸５２、ロータ５３及びステータ５４を収容する空間が形成されている。
【００４４】
回転軸５２は、モータケーシング５１に固定された第１ラジアル軸受５５及び第２ラジアル軸受５６によって回転自在に支持されている。回転軸５２の軸方向一端（図２における左端）は、圧縮機構１０側に突出している。回転軸５２の軸方向他端（図２における右端）は、モータケーシング５１に固定されるスラスト軸受５７によって摺動可能に支持されている。
【００４５】
ロータ５３は、軸方向における第１ラジアル軸受５５と第２ラジアル軸受５６との間において、回転軸５２と一体回転するように回転軸５２に軸支されている。
【００４６】
ステータ５４は、ロータ５３の外周を囲むように設けられており、モータケーシング５１に回転不能に支持されている。
【００４７】
（２−２）圧縮機構１０
圧縮機構１０は、単段の遠心式の圧縮機構である。
【００４８】
圧縮機構１０は、主として、圧縮機構ケーシング１１と、インペラ１２とを有している。
【００４９】
（圧縮機構ケーシング１１）
圧縮機構ケーシング１１には、主として、吸込口１１ａと、吐出口１１ｂと、シュラウドハウジング１１ｃとが形成されている。
【００５０】
吸込口１１ａは、圧縮機構ケーシング１１の軸方向一端（図２における左端）に向かって開口しており、吸入管６に接続されている。
【００５１】
吐出口１１ｂは、圧縮機構ケーシング１１の周方向外端（図２における上端）に向かって開口しており、吐出管７に接続されている。
【００５２】
シュラウドハウジング１１ｃは、図３の部分拡大断面図および図５の概略斜視図に示すように、インペラ１２を回転自在に収容しており、主として、前面壁１１ｘと、外周壁１１ｙと、シールプレートとしての背面壁１１ｚとによって形成されている。
【００５３】
前面壁１１ｘは、背面側でかつ径方向内側に向かって膨出しており、吸込口１１ａの後ろ側と吐出口１１ｂの内側とをなだらかに繋いでいる、回転軸を中心とする環状の膨出面である。この前面壁１１ｘには、インペラ１２の後述する複数の大羽根１２２の外周縁部と対向するように、後方に向かうほど左巻きに旋回するように伸びた複数の溝１１ｇが形成されている。
【００５４】
外周壁１１ｙは、吐出口１１ｂの内側から軸方向後方に向けて伸びている、円筒形状面である。シールプレート１１ｚは、回転軸５２の外周面近傍を内周端面として径方向外側に広がった円盤形状に形成されている。
【００５５】
（インペラ１２）
インペラ１２は、主として、ハブ１２１と、ハブ１２１の前面側でかつ径方向外側に配置された複数の羽根１２２、１２３を有しており、ハブ１２１の前後方向に延びる回転軸５２を軸心として回転する。
【００５６】
ハブ１２１は、その前方から後方に向けて拡径する略円錐形状を有しており、回転軸５２と一体回転するように回転軸５２に軸支されている。なお、このハブ１２１は、軽量化の観点から、軸周辺部分や外縁部分を除く内側が中空となっていることが好ましい。
【００５７】
ハブ１２１の後方は、径方向に広がった円形状平面であるハブ背面１２１ｚが形成されており、シュラウドハウジング１１ｃのシールプレート１１ｚと対向している。ハブ１２１の前方は、径方向に広がっており、ハブ背面１２１ｚよりも半径が小さい円形状平面であるハブ前面１２１ｗが形成されており、吸入側を向いている。ハブ１２１の径方向外側端部は、軸方向と中心軸が共通となっており、半径がハブ背面１２１ｚと同等であるハブ円筒形状面１２１ｙが形成されており、シュラウドハウジング１１ｃの外周壁１１ｙと対向している。ハブ１２１の前方でかつ径方向外側には、後方でかつ径方向内側に向けてなだらかに窪んでおり、ハブ前面１２１ｗの径方向外周縁からハブ円筒形状面１２１ｙの前縁までをなだらかに繋ぐ拡径湾曲面１２１ｘが形成されている。なお、インペラ１２の拡径湾曲面１２１ｘと、シュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘ（溝１１ｇの部分を除く）と、の最短距離は、前方（吸入側）において最も長く、冷媒流れ方向に進むにつれて短くなり、径方向外側端部（吐出側）において最も短くなるように形成されている。
【００５８】
インペラ１２の拡径湾曲面１２１ｘには、大羽根１２２と小羽根１２３とが、周方向に交互に並んで、面同士が概ね等間隔になるように設けられている。これらの大羽根１２２および小羽根１２３は、いずれも、インペラ１２の拡径湾曲面１２１ｘからシュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘの溝１１ｇ以外の面近傍まで伸びている。また、大羽根１２２および小羽根１２３は、いずれも、前面視において左巻となるように螺旋状に伸びることにより、いわゆる「後ろ向き羽根」を構成している。すなわち、大羽根１２２および小羽根１２３は、ハブ前面１２１ｗ側からハブ背面１２１ｚ側に向かうにつれて、径方向に拡大しながら、左に旋回するように伸びている。
【００５９】
さらに、大羽根１２２および小羽根１２３の前面側端部の長手方向と、径方向外側端部の長手方向とは、互いにねじれの関係にある。このねじれの形状は、大羽根１２２および小羽根１２３の根元とは反対側（シュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１側）が、ハブ前面１２１ｗ側からハブ背面１２１ｚ側に向かうにつれて、左巻きに旋回するようにして形成されている。
【００６０】
なお、各大羽根１２２は、それぞれ、インペラ１２の拡径湾曲面１２１ｘの前方端部から、径方向外側端部がハブ背面１２１ｚの径方向外側端部と共通する位置まで伸びている。
【００６１】
これに対して、各小羽根１２３は、各大羽根１２２の間に配置されており、軸方向においてハブ前面１２１ｗとハブ背面１２１ｚとの中間程度の位置から後方に向けて、径方向外側端部がハブ背面１２１ｚの径方向外側端部と共通する位置まで伸びている。
【００６２】
このインペラ１２は、モータ５０が駆動することで、前面視において右回転（図４において矢印で示す回転進行方向Ｒ）することにより、二酸化炭素冷媒を吸入管６から吸入し、圧縮して高圧とした後、吐出管７に向けて吐出する。
【００６３】
この際、各大羽根１２２および小羽根１２３の前方でかつ径方向外側の部分は、インペラ１２が回転することにより、シュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘの内側近傍を沿うように移動する。これにより、二酸化炭素冷媒の流速が増した状態で吐出され、デフューザにおいて速度エネルギが圧力のエネルギに変換されることにより高圧冷媒となる。
【００６４】
（３）インペラの大羽根１２２および小羽根１２３とシュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘの溝１１ｇの詳細形状
図６の断面図（図３のＨ−Ｈ面の断面図）に示すように、インペラ１２の大羽根１２２および小羽根１２３は、径方向外側端部の形状が、いずれについても、径方向外側を法線方向とする面形状となっている。以下、大羽根１２２と小羽根１２３に分けて説明する。
【００６５】
大羽根１２２は、インペラ１２の拡径湾曲面１２１ｘに対して略垂直で、かつ、シュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘに対しても略垂直に伸びた面部材を構成している。この大羽根１２２は、図４に示すように、対向面１２２ｘと、径方向外縁端面１２２ｙと、を有している。対向面１２２ｘは、前方でかつ径方向外側を法線方向とし、シュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘと略面平行に対向している（図６参照）。なお、対向面１２２ｘは、インペラ１２が回転することで描かれる大羽根１２２の外周縁の軌跡の接線方向に対して平行に広がっている端面ということもできる。径方向外縁端面１２２ｙは、吐出管７側に通じる径方向外側を法線方向としている。
【００６６】
小羽根１２３は、大羽根１２２と同様に、インペラ１２の拡径湾曲面１２１ｘに対して略垂直で、かつ、シュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘに対しても略垂直に伸びた面部材を構成している。この小羽根１２３は、図４に示すように、対向面１２３ｘと、径方向外縁端面１２３ｙと、を有している。対向面１２３ｘは、前方でかつ径方向外側を法線方向とし、シュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘと略面平行に対向している（図６参照）。なお、対向面１２３ｘは、インペラ１２が回転することで描かれる小羽根１２３の外周縁の軌跡の接線方向に対して平行に広がっている端面ということもできる。径方向外縁端面１２３ｙは、吐出管７側に通じる径方向外側を法線方向としている。
【００６７】
シュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘに設けられている溝１１ｇは、図６に示すように、インペラ１２の大羽根１２２、小羽根１２３の回転進行方向Ｒにおける幅（図６中「Ｌ」で示す長さ）が、インペラ１２の大羽根１２２、小羽根１２３の板厚と等しくなるように形成されている。この溝１１ｇは、回転進行方向Ｒ側が浅く、回転進行方向Ｒとは反対側が深くなるように形成されている。本実施形態では、溝１１ｇの最大深さは、インペラ１２の大羽根１２２、小羽根１２３の板厚と等しくなるように設けられている。なお、本実施形態においては、溝１１ｇの回転進行方向Ｒにおける幅Ｌは、インペラ１２の大羽根１２２の対向面１２２ｘや小羽根１２３の対向面１２３ｘと、シュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘとの最短距離よりも長くなるように形成されている。この溝１１ｇは、インペラ１２の大羽根１２２の個数に対応する数だけ、シュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘに設けられている。溝１１ｇは、後方に向かうほど左巻きに旋回した形状となっており、旋回の程度がインペラ１２の大羽根１２２の旋回程度と共通している。
【００６８】
このため、インペラ１２が回転することで、複数の大羽根１２２の各対向面１２２ｘが、シュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘの複数の溝１１ｇにそれぞれ対応する位置関係になった状態では、図６のような対向面１２２ｘと溝１１ｇとの位置関係が、ペア毎に複数箇所、同時に存在している状態になる。
【００６９】
（４）特徴
上記実施形態の単段遠心圧縮機２では、図６に示すように、シュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘには、インペラ１２の大羽根１２２の回転進行方向Ｒとは反対側の方が深い溝１１ｇが形成されている。
【００７０】
このため、インペラ１２を回転させている場合に、シュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘに形成された溝１１ｇと、インペラ１２の大羽根１２２がこの溝に対向する場所に位置している際の端部と、の間に生じる空間は、回転進行方向Ｒの反対側よりも回転進行方向側Ｒの方が狭くなっている。
【００７１】
したがって、インペラ１２の大羽根１２２の回転進行方向Ｒの正圧側に存在する冷媒が回転進行方向Ｒとは反対側の負圧側に漏れ出そうとする流れは、以下に示す損失の関係のように、低減することができている。
【００７２】
図７、図８、図９に、シュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘに形成された溝１１ｇの回転進行方向Ｒにおける幅Ｌｇと、対向しているインペラ１２の大羽根１２２の端部の回転進行方向Ｒにおける幅Ｌｆと、の大小関係毎に分けて、インペラ１２の大羽根１２２とシュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘの溝１１ｇとの間の空間をモデル化した例を示す。
【００７３】
図７は、ＬｆとＬｇとが等しい長さである場合をモデル化した図であり、図８は、ＬｆがＬｇよりも長い場合をモデル化した図であり、図９は、ＬｆがＬｇよりも短い場合をモデル化した図である。
【００７４】
ここで、各図の左側は、大羽根１２２の回転進行方向Ｒ側であるため高圧ＰＨとなっており、右側は負圧ＰＬとなっているものとし、高圧側から負圧側に向かう漏れ流れをＡとし、負圧側から高圧側に向かう漏れ流れをＢとし、代表速度をｖとする。
【００７５】
また、損失箇所は、図７、図９において（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）の３箇所であり、図８においては（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、（ｉＶ）の４箇所であるとする。この損失箇所の右側の断面積Ａiおよび左側の断面積Ａoは、いずれも等しいものとする。さらに、図７、図８、図９において、断面積Ａ1よりも断面積Ａ2の方が大きいものとし、図８において、断面積Ａ１と断面積Ａ３とは等しいものとする。
【００７６】
ここで、図７に示すように、ＬｆとＬｇとが等しい長さである場合のモデル化について検討する。
【００７７】
まず、Ａの漏れ流れについて、（ｉ）の急縮小している部分については、以下の数１で示す関係が成立している。
【００７８】
【数１】
2013024056.tif 000003
【００７９】
Ａの漏れ流れについて、（ｉｉ）の広がり部分については、以下の数２で示す関係が成立している。
【００８０】
【数２】
2013024056.tif 000004
【００８１】
Ａの漏れ流れについて、（ｉｉｉ）の広がり部分については、以下の数３で示す関係が成立している。
【００８２】
【数３】
2013024056.tif 000005
【００８３】
また、Ｂの漏れ流れについて、（ｉｉｉ）の急縮小している部分については、以下の数４で示す関係が成立している。
【００８４】
【数４】
2013024056.tif 000006
【００８５】
Ｂの漏れ流れについて、（ｉｉ）の細まり部分については、以下の数５で示す関係が成立している。
【００８６】
【数５】
2013024056.tif 000007
【００８７】
Ｂの漏れ流れについて、（ｉ）の急拡大している部分については、以下の数６で示す関係が成立している。
【００８８】
【数６】
2013024056.tif 000008
【００８９】
ここで、Ａの漏れ流れの損失の合計は、以下の数７で示すことができる。
【００９０】
【数７】
2013024056.tif 000009
【００９１】
また、Ｂの漏れ流れの損失の合計は、以下の数８で示すことができる。
【００９２】
【数８】
2013024056.tif 000010
【００９３】
ここで、Ａの漏れ流れにおける広がりと、Ｂの漏れ流れにおける細まりについては、損失係数の関係から、次の数９が成立する。
【００９４】
【数９】
2013024056.tif 000011
【００９５】
さらに、縮小率が大きいほど、損失係数が大きいことを考慮すると、次の数１０が成立する。
【００９６】
【数１０】
2013024056.tif 000012
【００９７】
そして、モデルの条件であるＡo＝Ａi＞＞Ａ2＞Ａ1の関係より、次の数１１が成立する。
【００９８】
【数１１】
2013024056.tif 000013
【００９９】
そうすると、図７に示すＬｆとＬｇとが等しい長さである場合のモデルの損失については、Ａの漏れ流れの損失がＢの漏れ流れの損失を上回ることになる。差圧による漏れ流れＡに対しては、図７の構造は抵抗として機能することとなる。
【０１００】
次に、図８に示すように、ＬｆがＬｇよりも長い場合のモデル化について検討する。
【０１０１】
Ａの漏れ流れについて、（ｉ）の急縮小している部分については、以下の数１２で示す関係が成立している。
【０１０２】
【数１２】
2013024056.tif 000014
【０１０３】
Ａの漏れ流れについて、（ｉｉ）の広がり部分については、以下の数１３で示す関係が成立している。
【０１０４】
【数１３】
2013024056.tif 000015
【０１０５】
Ａの漏れ流れについて、（ｉｉｉ）の急縮小している部分については、以下の数１４で示す関係が成立している。
【０１０６】
【数１４】
2013024056.tif 000016
【０１０７】
Ａの漏れ流れについて、（ｉＶ）の急拡大している部分については、以下の数１５で示す関係が成立している。
【０１０８】
【数１５】
2013024056.tif 000017
【０１０９】
また、Ｂの漏れ流れについて、（ｉＶ）の急縮小している部分については、以下の数１６で示す関係が成立している。
【０１１０】
【数１６】
2013024056.tif 000018
【０１１１】
Ｂの漏れ流れについて、（ｉｉｉ）の急拡大している部分については、以下の数１７で示す関係が成立している。
【０１１２】
【数１７】
2013024056.tif 000019
【０１１３】
Ｂの漏れ流れについて、（ｉｉ）の細まり部分については、以下の数１８で示す関係が成立している。
【０１１４】
【数１８】
2013024056.tif 000020
【０１１５】
Ｂの漏れ流れについて、（ｉ）の急拡大している部分については、以下の数１９で示す関係が成立している。
【０１１６】
【数１９】
2013024056.tif 000021
【０１１７】
ここで、Ａの漏れ流れの損失の合計は、以下の数２０で示すことができる。
【０１１８】
【数２０】
2013024056.tif 000022
【０１１９】
また、Ｂの漏れ流れの損失の合計は、以下の数２１で示すことができる。
【０１２０】
【数２１】
2013024056.tif 000023
【０１２１】
ここで、Ａの漏れ流れとＢの漏れ流れとでは縮小率が等しいため、次の数２２が成立する。
【０１２２】
【数２２】
2013024056.tif 000024
【０１２３】
また、Ａの漏れ流れにおける広がりと、Ｂの漏れ流れにおける細まりについては、損失係数の関係から、次の数２３が成立する。
【０１２４】
【数２３】
2013024056.tif 000025
【０１２５】
さらに、Ａの漏れ流れとＢの漏れ流れの（ｉｉｉ）の部分における関係から、次の数２４が成立する。
【０１２６】
【数２４】
2013024056.tif 000026
【０１２７】
そして、モデルの条件であるＡ3＝Ａ1、Ａi=Aoの関係より、次の数２５が成立する。
【０１２８】
【数２５】
2013024056.tif 000027
【０１２９】
そうすると、図８に示すＬｆがＬｇよりも長い場合のモデルの損失については、Ａの漏れ流れの損失がＢの漏れ流れの損失を下回ることになる。このため、Ａの差圧による漏れ流れＡの漏れ流れに対しては、図８の構造は抵抗として機能していないことになる。
【０１３０】
次に、図９に示すように、ＬｆがＬｇよりも短い場合のモデル化について検討する。なお、Ａ4＞Ａ3＞Ａ0＝Ａi＞＞Ａ2＞Ａ1の関係、および、Ａo≒Ａ3≒Ａ4の関係が成立しているものとする。
【０１３１】
Ａの漏れ流れについて、（ｉ）の急縮小している部分については、以下の数２６で示す関係が成立している。
【０１３２】
【数２６】
2013024056.tif 000028
【０１３３】
Ａの漏れ流れについて、（ｉｉ）の広がり部分については、以下の数２７で示す関係が成立している。
【０１３４】
【数２７】
2013024056.tif 000029
【０１３５】
Ａの漏れ流れについて、（ｉｉｉ）の急拡大している部分については、以下の数２８で示す関係が成立している。
【０１３６】
【数２８】
2013024056.tif 000030
【０１３７】
Ａの漏れ流れについて、（ｉｖ）の広がり部分については、以下の数２９で示す関係が成立している。
【０１３８】
【数２９】
2013024056.tif 000031
【０１３９】
Ａの漏れ流れについて、（ｖ）の急縮小している部分については、以下の数３０で示す関係が成立している。
【０１４０】
【数３０】
2013024056.tif 000032
【０１４１】
また、Ｂの漏れ流れについて、（ｉ）の急拡大している部分については、以下の数３１で示す関係が成立している。
【０１４２】
【数３１】
2013024056.tif 000033
【０１４３】
Ｂの漏れ流れについて、（ｉｉ）の細まり部分については、以下の数３２で示す関係が成立している。
【０１４４】
【数３２】
2013024056.tif 000034
【０１４５】
Ｂの漏れ流れについて、（ｉｉｉ）の急縮小している部分については、以下の数３３で示す関係が成立している。
【０１４６】
【数３３】
2013024056.tif 000035
【０１４７】
Ｂの漏れ流れについて、（ｉｖ）の細まり部分については、以下の数３４で示す関係が成立している。
【０１４８】
【数３４】
2013024056.tif 000036
【０１４９】
Ｂの漏れ流れについて、（ｖ）の急拡大している部分については、以下の数３５で示す関係が成立している。
【０１５０】
【数３５】
2013024056.tif 000037
【０１５１】
ここで、Ａの漏れ流れの損失の合計は、以下の数３６で示すことができる。
【０１５２】
【数３６】
2013024056.tif 000038
【０１５３】
また、Ｂの漏れ流れの損失の合計は、以下の数３７で示すことができる。
【０１５４】
【数３７】
2013024056.tif 000039
【０１５５】
ここで、縮小率の大きさと損失係数の大きさとの関係から、次の式３８が成立する。
【０１５６】
【数３８】
2013024056.tif 000040
【０１５７】
Ａの漏れ流れにおける広がりと、Ｂの漏れ流れにおける細まりと、の関係から、次の数３９が成立する。
【０１５８】
【数３９】
2013024056.tif 000041
【０１５９】
さらに、次の式４０、式４１、式４２が成立するため、式４３が成立する。
【０１６０】
【数４０】
2013024056.tif 000042
【０１６１】
【数４１】
2013024056.tif 000043
【０１６２】
【数４２】
2013024056.tif 000044
【０１６３】
【数４３】
2013024056.tif 000045
【０１６４】
Ａの漏れ流れにおける広がりと、Ｂの漏れ流れにおける細まりと、の関係から、次の数４４が成立する。
【０１６５】
【数４４】
2013024056.tif 000046
【０１６６】
また、次の数４５、数４６の関係から、次の数４７の関係が成立する。
【０１６７】
【数４５】
2013024056.tif 000047
【０１６８】
【数４６】
2013024056.tif 000048
【０１６９】
【数４７】
2013024056.tif 000049
【０１７０】
したがって、図９に示すＬｆがＬｇよりも短いモデルの損失については、Ａの漏れ流れの損失がＢの漏れ流れの損失を上回ることになる。このため、差圧による漏れ流れＡに対しては、図９の構造は抵抗として機能することとなる。
【０１７１】
そうすると、漏れ流れの損失の観点からは、溝１１ｇの幅は大羽根１２２の幅以上であることが好ましいことになるが、上記実施形態ではこれらは等しい関係にあるため、好ましい例に該当している。
【０１７２】
また、シュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘに形成された溝１１ｇと、インペラ１２の大羽根１２２がこの溝に対向する場所に位置している際の端部と、の間に生じる空間は、冷媒が漏れ出そうとする流れ方向において、狭い隙間と広い隙間が交互に繰り返し設けられている。このため、繰り返して絞り効果を得ることができるため、冷媒の圧力をより低下させるというラビリンス効果を得ることができている。
【０１７３】
上述したように、本実施形態の単段遠心圧縮機２では、上記損失の関係による効果と、ラビリンス効果と、の両方の効果によって、漏れを効果的に低減させることができている。
【０１７４】
なお、上記効果は、シュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘに形成された溝１１ｇと、インペラ１２の小羽根１２３の対向面１２３ｘとの間においても同様に得られる（但し、小羽根１２３が大羽根１２２よりも短い部分については、効果は得られない）。
【０１７５】
さらに、上記実施形態のインペラ１２は、いわゆるオープンインペラであり、大羽根や小羽根の外側がカバー部材で一体固定されて覆われているクローズドインペラではない。このため、クローズドインペラのカバーが設けられていない分、重量を低減させることができるとともに、インペラの羽根とカバーとの強度を確保する必要もなく（そのために板厚を増大させる必要も無く）、回転体の重量を軽量化させることができている。
【０１７６】
以上によって、回転体の重量を低く抑えつつ、シュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘとインペラ１２の大羽根１２２との間を回転進行方向Ｒとは反対方向に通過する漏れ流れを効果的に抑制することが可能になっている。
【０１７７】
また、特に、二酸化炭素を冷媒として使用することで、フロン等を使用する場合よりも動作圧力が高い冷凍サイクルが行われる場合であっても（漏れ流れが増大しやすい作動冷媒を用いた場合であっても）その漏れ流れを低減させることが可能になっている。
【０１７８】
（５）他の実施形態
（５−１）
上記実施形態では、回転進行方向Ｒにおける溝１１ｇの幅と大羽根１２２、小羽根１２３の板厚とが等しい場合を例に挙げて説明した。
【０１７９】
しかし、本発明はこれに限られず、例えば、図１０に示すように、大羽根１２２、小羽根１２３の板厚よりも、回転進行方向Ｒにおける幅が大きい溝２１１ｇがシュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘに形成された圧縮機構２１０であってもよい。なお、他の部材については、上記実施形態と同様である。この場合であっても、十分なラビリンス効果を得ることができる。
【０１８０】
（５−２）
上記実施形態では、回転進行方向Ｒにおける溝１１ｇは、インペラ１２の大羽根１２３の個数と対応するように設けられている場合を例に挙げて説明した。
【０１８１】
しかし、本発明はこれに限られず、溝１１ｇの個数は、インペラ１２の大羽根１２２と小羽根１２３の個数と同じだけ設けられていてもよい。溝１１ｇの個数は、例えば、インペラ１２の大羽根１２２と小羽根１２３の合計数以上設けられていることが好ましい。
【０１８２】
また、例えば、図１１に示すように、インペラ１２の回転進行方向Ｒとは反対側が深く形成された複数の溝３１１ｇが、周方向に並んで概ね連続的に設けられている圧縮機構３１０であってもよい。
【０１８３】
なお、他の部材については、上記実施形態と同様である。
【０１８４】
これらの場合であっても、十分なラビリンス効果を得ることができる。
【０１８５】
（５−３）
上記実施形態では、インペラ１２の大羽根１２２の対向面１２２ｘおよび小羽根１２３の対向面１２３ｘが平面である場合を例に挙げて説明した。
【０１８６】
しかし、本発明はこれに限られず、例えば、図１２に示すように、シュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘの面に沿うように、軸方向を中心とした曲面である大羽根４２２の対向面４２２ｘ（および／または小羽根４２３の対向面４２３ｘ）を有する圧縮機構４１０であってもよい。
【０１８７】
これらの場合であっても、十分なラビリンス効果を得ることができる。
【０１８８】
（５−４）
上記実施形態では、溝１１ｇが、シュラウドハウジング１１ｃの前面壁１１ｘの前方（吸入側）から径方向外側（吐出側）に至るまでの間、連続的に設けられている場合を例に挙げて説明した。
【０１８９】
しかし、本発明は上記実施形態のように連続的に設けられている溝には限定されない。例えば、前方（吸入側）の部分のみ、もしくは、径方向外側（吐出側）の部分のみに設けられていてもよい。
【０１９０】
（５−５）
上記実施形態では、大羽根１２２および小羽根１２３が、いずれも、前面視において左巻となるように螺旋状に伸びることにより、いわゆる「後ろ向き羽根」を構成している場合を例に挙げて説明した。
【０１９１】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、フィンは、例えば、いわゆる「前向き羽根」や「径向き羽根」を構成していてもよい。
【０１９２】
この場合であっても、上記実施形態と同様の漏れ流れ抑制効果を得ることができる。
【０１９３】
（５−６）
上記実施形態では、大羽根１２２および小羽根１２３について、インペラ１２の拡径湾曲面１２１ｘに対して略垂直に設けられている場合を例に挙げて説明した。
【０１９４】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、大羽根もしくは小羽根またはこれらの両方が、インペラの拡径湾曲面に対して垂直ではなく、回転進行方向Ｒもしくは回転進行方向Ｒとは反対側に傾斜して設けられていてもよい。
【０１９５】
この場合であっても、上記実施形態と同様の漏れ流れ抑制効果を得ることができる。
【０１９６】
（５−７）
上記実施形態では、単段遠心圧縮機２を例に挙げて説明した。
【０１９７】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、上記実施形態の遠心圧縮機を、互いに直列および／または並列に複数段接続させて冷媒回路を構成してもよい。
【０１９８】
（５−８）
上記実施形態および他の実施形態（５−１）から（５−７）において記載した事項を、適宜組み合わせ遠心圧縮機についても、本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１９９】
本発明の遠心圧縮機は、回転体の重量の増大を抑制させつつ、漏れ流れを低減させることができるため、いわゆるオープンインペラを有する遠心圧縮機において特に有用である。
【符号の説明】
【０２００】
２  単段遠心圧縮機（遠心圧縮機）
１１ｃ  シュラウドハウジング
１１ｘ  前面壁（壁面）
１１ｇ  溝
１２  インペラ
１２２  大羽根（羽根）
１２３  小羽根（羽根）
Ｒ  回転進行方向
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２０１】
【特許文献１】特開２００５−３３０８１６号公報
【図１】
2013024056.tif 000050
【図２】
2013024056.tif 000051
【図３】
2013024056.tif 000052
【図４】
2013024056.tif 000053
【図５】
2013024056.tif 000054
【図６】
2013024056.tif 000055
【図７】
2013024056.tif 000056
【図８】
2013024056.tif 000057
【図９】
2013024056.tif 000058
【図１０】
2013024056.tif 000059
【図１１】
2013024056.tif 000060
【図１２】
2013024056.tif 000061