(57)【要約】【課題】強度の向上および軽量化を図りつつ、運転効率を向上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、クローズドインペラ１２と樹脂製補強層１３を備えている。クローズドインペラ１２は、複数枚の大羽根１２２および小羽根１２３と、これらの大羽根１２２および小羽根１２３を径方向外側から覆うシュラウド１２５と、が互いに接合されて構成されている。樹脂製補強層１３は、シュラウド１２５の外周面に固定されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の羽根（１２２、１２３）と、前記複数の羽根を回転半径方向外側から覆うシュラウド（１２５）と、が互いに接合されている、金属製のクローズドインペラ（１２）と、
前記シュラウドの前記回転半径方向外側に固定された樹脂製補強層（１３）と、
を備えた遠心圧縮機（２）。
【請求項２】
前記樹脂製補強層は、紐状樹脂部材（１３ａ）によって構成されており、
前記紐状樹脂部材は、前記シュラウドの前記回転半径方向外側に巻き付いている、
請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記紐状樹脂部材は、自身の張力によって前記シュラウドを外側から締め付けている、
請求項２に記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記紐状樹脂部材は、カーボン繊維強化プラスチックを含んでいる、
請求項２または３に記載の遠心圧縮機。
【請求項５】
前記シュラウド（２２５）の前記回転半径方向外側の端部は、凹凸形状を有している、
請求項２から４のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。
【請求項６】
前記複数の羽根の厚みと、前記シュラウドの厚みと、は等しい、
請求項１から５のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。
【請求項７】
二酸化炭素が冷媒として用いられる、
請求項１から６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、ハブの外周面に複数の羽根が設けられ、別体の回転しないケーシング内に、回転可能に収容されるオープンインペラと、ハブの外周面に設けられた複数の羽根の根元とは反対側端部にシュラウドの内面が接合されており、一体に回転するクローズドインペラと、が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１（特開平３−１４１８９９号公報）に記載の遠心圧縮機では、二種類の羽根を設け、そのうちの一種類の羽根に対してシュラウドを接合させた構成のクローズドインペラが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の従来の遠心圧縮機では、シュラウドが複数の羽根を回転半径方向外側から覆うことにより、羽根同士およびシュラウド等で囲まれた流路が形成されたクローズドインペラが採用されている。このため、オープンインペラにおいて問題となる、回転する羽根と回転しないシュラウドの壁面との間からの流体の漏れ出しを防止して、運転効率を高めることができる。
【０００５】
このような、従来のクローズドインペラでは、クローズドインペラ自体の強度を確保するためには、複数の羽根とシュラウドとの間が強固に接合されていなければならない。そして、クローズドインペラを高速回転させたり、高圧の流体を用いる場合には、特に強度を確保することが重要になる。したがって、従来のクローズドインペラでは、強度を十分に保つために、羽根やシュラウドの板厚を増大させ、互いの接合部分の面積を十分に確保した形態となっている。
【０００６】
ところが、このようにクローズドインペラにおいて、羽根とシュラウドとの板厚を増大させてしまうと、羽根とシュラウド等によって囲まれた流路を十分に広く確保することが難しくなり、能力を向上させることが困難になる。さらに、クローズドインペラ自体の重量が増大してしまい、運転条件の変化に即応することが困難になる。
【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、強度の向上および軽量化を図りつつ、運転効率を向上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、クローズドインペラと樹脂製補強層とを備えている。クローズドインペラは、金属製であり、複数の羽根とシュラウドが互いに接合されることにより構成されている。シュラウドは、複数の羽根を、回転半径方向外側から覆っている。樹脂製補強層は、シュラウドの回転半径方向外側に固定されている。ここで、「クローズドインペラ」とは、例えば、回転しないシュラウドハウジングの壁面と回転する羽根とが協働して流体の流れを生じさせるいわゆるオープンインペラとは異なり、羽根の外側を覆う部材が一体に回転されることにより、独立して流体の流れを生じさせるものをいい、シュラウド付きインペラということもできる。なお、ここで羽根の外側を覆う部材は、近接する羽根の外側同士を繋いで内側に流路を形成させるが、羽根同士の全体を覆っている必要はなく、例えば、複数の羽根に対して、吸入口や吐出口を除く回転半径方向外側の一部を覆っていればよい。なお、クローズドインペラは、金属であれば特に限定されるものではないが、軽量であって強度を確保しやすい観点からは、アルミ、アルミ合金、または、チタン合金からなることが好ましい。また、樹脂製補強層を形成する樹脂は、クローズドインペラを構成する金属に対して、同程度もしくはそれ以上の強度があることが好ましく、特に限定されるものではない。
【０００９】
この遠心圧縮機は、インペラとして、クローズドインペラを用いているため、オープンインペラのような回転する羽根と回転しないシュラウドの壁面との間から流体が漏れ出すことを防止することができ、運転効率を高めることができる。
【００１０】
このようなクローズドインペラは、シュラウドが複数の羽根を回転半径方向外側から覆うことにより羽根同士およびシュラウド等で囲まれた流路を形成させている。このクローズドインペラでは、複数の羽根とシュラウドとの間が強固に固定されていなければ、クローズドインペラ自体の強度を確保することは難しいとされている。特に、クローズドインペラを高速回転させたり、高圧の流体を用いる場合には、特に強度を確保することが重要になる。したがって、従来は、クローズドインペラの強度を十分に保つために、羽根やシュラウドの板厚を増大させ、互いの接合部分の面積を十分に確保できる形態としている。
【００１１】
ところが、このようにクローズドインペラにおいて、羽根とシュラウドとの板厚を増大させてしまうと、羽根とシュラウド等によって囲まれた流路を十分に広く確保することが難しくなり能力の向上が困難になるとともに、クローズドインペラ自体の重量が増大してしまう。クローズドインペラの重量が増大してしまうと、運転条件の変化に即応することが困難になる。
【００１２】
これに対して、この遠心圧縮機では、金属製のクローズドインペラのシュラウドの回転半径方向外側に樹脂製補強層が固定されている。このため、羽根の板厚やシュラウドの板厚を薄く抑えた場合であっても、樹脂製補強層によって強度を維持することができている。そして、この樹脂製補強層は、クローズドインペラの材質（金属）とは異なり、樹脂によって構成されているため、比重が金属よりも軽い。したがって、強度を向上させつつ軽量化を図ることができる。
【００１３】
以上によって、強度の向上および軽量化を図りつつ、運転効率を向上させることが可能になる。
【００１４】
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、樹脂製補強層は、紐状樹脂部材によって構成されている。紐状樹脂部材は、シュラウドの回転半径方向外側に巻き付いている。なお、ここでの巻き付け方向は、クローズドインペラの回転方向との関係でほつれが生じにくい方向であることが好ましい。
【００１５】
この遠心圧縮機では、紐状樹脂部材をシュラウドの回転半径方向外側から巻き付けることによって、シュラウドに対して樹脂製補強層が固定されている。これにより、樹脂製のパネル等の板状部材をシュラウドの回転半径方向外側に固定する場合と比べて、強度を増大させることができる。
【００１６】
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、紐状樹脂部材は、自身の張力によってシュラウドを外側から締め付けている。
【００１７】
この遠心圧縮機では、紐状樹脂部材に張力が働いていることにより、紐状樹脂部材は、シュラウドの回転半径方向外側に向けて押し付けられている。これにより、紐状樹脂部材がシュラウドから分離してしまうことをより効果的に防止することが可能になっている。
【００１８】
本発明の第４観点に係る遠心圧縮機は、第２観点または第３観点のいずれかに係る遠心圧縮機において、紐状樹脂部材は、カーボン繊維強化プラスチックを含んでいる。なお、紐状樹脂部材は、カーボン繊維強化プラスチックを所定の重量比率で含有していればよく、特定の重量比率に限定されるものではなく、カーボン繊維強化プラスチックのみからなるものであってもよい。
【００１９】
この遠心圧縮機では、紐状樹脂部材として、カーボン繊維強化プラスチックを含んでいる。このため、クローズドインペラと樹脂製補強層を含んで構成される回転体の重量を低く抑えながら、その強度を高めることが可能になる。
【００２０】
本発明の第５観点に係る遠心圧縮機は、第２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、シュラウドの回転半径方向外側の端部は、凹凸形状を有している。この凹凸形状は、シュラウドの回転半径方向外側の端部がなだらかな面を構成していなければよく、例えば、階段状の形状等も含まれる。
【００２１】
この遠心圧縮機では、シュラウドの回転半径方向外側の端部に凹凸形状が設けられている。このため、紐状樹脂部材がシュラウドの外側から絡みつきやすく、紐状樹脂部材がほどけることを抑制することができる。
【００２２】
例えば、シュラウドの外周面のうち、回転半径がある所定長さよりも長い位置に巻き付けられている場合において、「所定長さよりも短い回転半径の方に向けて、紐状樹脂部材がずれるもしくは転がることにより紐状樹脂部材の張力が無くなる」という状態になることを抑制することが可能になる。
【００２３】
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、複数の羽根の厚みと、シュラウドの厚みと、は等しい。なお、ここでの羽根の厚みと、シュラウドの厚みとは、実質的に等しければよく、完全に等しい場合に限定されない。
【００２４】
この遠心圧縮機では、金属製のシュラウドの回転半径方向外側に樹脂製補強層が固定されることにより、クローズドインペラの強度の低下を抑えつつ、シュラウド自体の厚みを羽根の厚みと等しい程度まで薄くすることが可能になる。
【００２５】
本発明の第７観点に係る遠心圧縮機は、第１観点から第６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。
【００２６】
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、インペラの強度がより必要になる。
【００２７】
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、軽量な材料によってインペラの強度を確保す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、強度確保のメリットが大きくなる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の第１観点に係る遠心圧縮機では、強度の向上および軽量化を図りつつ、運転効率を向上させることが可能になる。
【００２９】
本発明の第２観点に係る遠心圧縮機では、強度を増大させることができる。
【００３０】
本発明の第３観点に係る遠心圧縮機では、紐状樹脂部材がシュラウドから分離してしまうことをより効果的に防止することが可能になっている。
【００３１】
本発明の第４観点に係る遠心圧縮機では、重量を低く抑えながら、強度を高めることが可能になる。
【００３２】
本発明の第５観点に係る遠心圧縮機では、紐状樹脂部材がシュラウドの外側から絡みつきやすく、紐状樹脂部材がほどけることを抑制することができる。
【００３３】
本発明の第６観点に係る遠心圧縮機では、クローズドインペラの強度の低下を抑えつつ、シュラウド自体の厚みを羽根の厚みと等しい程度まで薄くすることが可能になる。
【００３４】
本発明の第７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、強度確保のメリットが大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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】送風機の近傍を示す概略拡大断面図である。
【図４】クローズドインペラの概略斜視図である。
【図５】図３のさらなる部分拡大断面図であり、シュラウドの外曲面の形状と樹脂製補強層との構造関係を示す断面図である。
【図６】他の実施形態（４−１）に係るシュラウドの外曲面の形状と樹脂製補強層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】
【００３６】
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。
【００３７】
（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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
（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の送風機の近傍を示す概略拡大断面図である。図４は、クローズドインペラの概略斜視図である。図５は、図３のさらなる部分拡大断面図である。
【００４６】
ここで、送風機１４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。
【００４７】
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。
【００４８】
（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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
（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。
【００５４】
圧縮機構１０は、主として、圧縮機構ケーシング１１と、送風機１４とを有している。
【００５５】
（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、送風機ハウジング１１ｃとが形成されている。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
送風機ハウジング１１ｃは、図３の部分拡大断面図に示すように、送風機１４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。
【００５９】
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は、送風機１４の後述する樹脂製補強層１３の外周縁部と対向するように形成されている。
【００６０】
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。
【００６１】
（送風機１４）
送風機１４は、主として、クローズドインペラ１２と、その外周に固定された樹脂製補強層１３とを有している。
【００６２】
クローズドインペラ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と、シュラウド１２５とが一体化された、アルミ合金からなる羽根車である。このクローズドインペラ１２は、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。
【００６３】
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。
【００６４】
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、送風機ハウジング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、送風機ハウジング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。
【００６５】
クローズドインペラ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、クローズドインペラ１２の拡径湾曲面１２１ｘから送風機ハウジング１１ｃの前面壁１１ｘ側に向けて伸びている。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。
【００６６】
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。
【００６７】
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（送風機ハウジング１１ｃの前面壁１１ｘ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。
【００６８】
なお、各大羽根１２２は、それぞれ、クローズドインペラ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部分まで伸びている。
【００６９】
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。
【００７０】
シュラウド１２５は、図３、図４、図５に示すように、後方に向かうにつれて径方向外側に拡径するように形成されており、大羽根１２２および小羽根１２３を、前方でかつ径方向外側から覆っている。シュラウド１２５の前面側端部は、吸入管６側を向いており、軸方向においてハブ１２１のハブ前面１２１ｗと同じ位置で広がったシュラウド前面１２５ｚを構成している。シュラウド１２５の径方向外側端部は、吐出管７側を向いており、径方向においてハブ１２１のハブ円筒形状面１２１ｙと同じ位置で広がったシュラウド円筒形状面１２５ｙを構成している。シュラウド１２５の前方でかつ径方向外側の面は、送風機ハウジング１１ｃの前面壁１１ｘに対向するように湾曲して周方向に連なったシュラウド外曲面１２５ｘを構成している。シュラウド１２５は、シュラウド外曲面１２５ｘの裏面側が、径方向内側でかつ後方に向かって膨出したシュラウド内曲面１２５ｕを構成している。
【００７１】
大羽根１２２は、クローズドインペラ１２の拡径湾曲面１２１ｘに対して略垂直で、かつ、シュラウド１２５のシュラウド内曲面１２５ｕに対しても略垂直となるよう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１２５のシュラウド内曲面１２５ｕと略面平行に対向している。なお、対向面１２２ｘは、クローズドインペラ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た面を構成しており、ハブ円筒形状面１２１ｙおよびシュラウド円筒形状面１２５ｙと同一面上に位置している。
【００７２】
小羽根１２３は、大羽根１２２と同様に、クローズドインペラ１２の拡径湾曲面１２１ｘに対して略垂直で、かつ、シュラウド１２５のシュラウド内曲面１２５ｕ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１２５のシュラウド内曲面１２５ｕと略面平行に対向している。なお、対向面１２３ｘは、クローズドインペラ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た面を構成しており、ハブ円筒形状面１２１ｙおよびシュラウド円筒形状面１２５ｙと同一面上に位置している。
【００７３】
このように、大羽根１２２および小羽根１２３は、ハブ１２１の拡径湾曲面１２１ｘと、シュラウド１２５のシュラウド内曲面１２５ｕと、の間に囲まれた空間に設けられている。このハブ１２１の拡径湾曲面１２１ｘとシュラウド１２５のシュラウド内曲面１２５ｕに囲まれた空間は、大羽根１２２同士、もしくは、大羽根１２２と小羽根１２３との間において流路を構成している。また、このハブ１２１の拡径湾曲面１２１ｘと、シュラウド１２５のシュラウド内曲面１２５ｕと、の最短距離は、前方（吸入側）において最も長く、冷媒が流路を進む方向に向かうにつれて短くなり、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。
【００７４】
なお、クローズドインペラ１２のシュラウド外曲面１２５ｘは、送風機ハウジング１１ｃの前面壁１１ｘと対向するように形成されている。
【００７５】
シュラウド１２５の板厚は、大羽根１２２または小羽根１２３の板厚以下であることが好ましく、本実施形態においては、大羽根１２２の板厚（Ｌ）と小羽根１２３の板厚（Ｌ）とシュラウド１２５の板厚は全て等しく構成されている。
【００７６】
以上のクローズドインペラ１２は、ハブ１２１と大羽根１２２と小羽根１２３とが一体に成型された後、大羽根１２２の対向面１２２ｘおよび小羽根１２３の対向面１２３ｘと、シュラウド１２５のシュラウド内曲面１２５ｕと、が面接合するように、ロウ付けされることで得られる。なお、クローズドインペラ１２の製造方法は特に限定されるものではなく、可能であれば、ロウ付けでなく、切削加工によって得られるものであってもよい。
【００７７】
樹脂製補強層１３は、クローズドインペラ１２のシュラウド外曲面１２５ｘの径方向外側に固定されており、クローズドインペラ１２と一体に回転する。この樹脂製補強層１３は、クローズドインペラ１２とは異なる材質であって、同程度の強度を有しており比重が軽い材質によって構成されている。ここでの比重としては、特に限定されないが、例えば、クローズドインペラ１２の材質と樹脂製補強層１３の材質の比重の関係が２．５：１から１．５：１の間であることが好ましく、２：１程度であることがより好ましい。具体的には、樹脂製補強層１３は、繊維強化プラスチックを含んだ紐状樹脂部材によって構成されており、カーボン繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）を含んでいることがより好ましい。なお、樹脂製補強層１３の材質は、クローズドインペラ１２の材質よりも、使用環境下における線熱膨張係数が小さいものが好ましい。この樹脂製補強層１３は、紐状樹脂部材がクローズドインペラ１２のシュラウド外曲面１２５ｘの径方向外側に対して張力が与えられた状態で巻き付けられることにより固定されている。より具体的には、樹脂製補強層１３の紐状樹脂部材は、自身の張力によって、クローズドインペラ１２のシュラウド外曲面１２５ｘを径方向外側から締め付けるように力を作用させている。本実施形態の樹脂製補強層１３の紐状樹脂部材は、１本に束ねられた繊維によって構成されており、クローズドインペラ１２の前方から軸方向を中心として拡径していくようにして径方向外側まで巻き付けるか、もしくは、クローズドインペラ１２の径方向外側から軸方向を中心として縮径していくようにして前方まで巻き付けている。なお、樹脂製補強層１３は、クローズドインペラ１２のシュラウド外曲面１２５ｘに対して接着剤を介して固定されており、紐状樹脂部材の張力と接着剤の接着力との両方によって強固に固定されている。この接着剤は、特に限定されるものではないが、例えば、熱硬化性樹脂であることが好ましく、中でもエポキシ樹脂が好ましい。接着方法としては、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の接着剤が入れられた含浸槽に浸されたカーボン繊維強化プラスチックを、クローズドインペラ１２のシュラウド外曲面１２５ｘに巻き付けることで、張力と接着力によって強固に固定する方法が挙げられる。
【００７８】
以上のように、本実施形態の送風機１４は、完成したクローズドインペラ１２に対して樹脂製補強層１３を固定させることによって得られる。
【００７９】
なお、送風機１４の前方でかつ径方向外側の縁部は、樹脂製補強層１３による曲面で構成されており、この曲面は、送風機ハウジング１１ｃの前面壁１１ｘと対面するように、送風機ハウジング１１ｃと送風機１４とが配置されている。この送風機１４の樹脂製補強層１３の曲面と、送風機ハウジング１１ｃの前面壁１１ｘと、の間には、前方（吸入側）から径方向外側端部（吐出側）にかけて、同程度の僅かな隙間が設けられている。
【００８０】
上述した送風機１４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、送風機１４を構成しているハブ１２１、大羽根１２２、小羽根１２３およびシュラウド１２５は一体に回転し、送風機ハウジング１１ｃは回転しない。これにより、送風機１４は、吸入管６を介して二酸化炭素冷媒を吸入し、ハブ１２１の拡径湾曲面１２１ｘとシュラウド１２５のシュラウド内曲面１２５ｕとの間の空間において、大羽根１２２同士もしくは大羽根１２２と小羽根１２３との間に形成された通路を通過させる際に、流速を増大させ、吐出管７に向けて吐出させる。このように流速が増した状態で吐出された二酸化炭素冷媒は、デフューザにおいて、その速度エネルギが圧力のエネルギに変換され、高圧冷媒となる。
【００８１】
（３）特徴
上記実施形態の単段遠心圧縮機２では、送風機１４が備えるインペラとして、クローズドインペラ１２を採用しているため、オープンインペラのような回転する羽根と回転しない壁面との間を介して生じる流体の漏れ流れを防止することができ、運転効率を高めることが可能になっている。
【００８２】
このクローズドインペラ１２のシュラウド１２５は、その板厚が、大羽根１２２や小羽根１２３の板厚以下となるように（上記実施形態では大羽根１２２の板厚および小羽根１２３の板厚と等しくなるように）薄く形成されている。このため、ハブ１２１の拡径湾曲面１２１ｘとシュラウド１２５のシュラウド内曲面１２５ｕとの間の空間において、大羽根１２２同士もしくは大羽根１２２と小羽根１２３との間に形成された流路を、板厚が分厚く形成されている従来例と比べて、より広くすることができる。これにより、さらに運転効率を向上させることができている。
【００８３】
ここで、このようにシュラウド１２５の板厚が薄く形成されている場合には、分厚く形成されている場合と比べて、流体の流速や圧力に対する強度が低下している。このようにクローズドインペラ１２の強度が低下していると、特に、高速回転させたり、高圧の流体を用いる場合には、使用に耐えきれなくなるおそれがある。しかし、上記実施形態の送風機１４では、クローズドインペラ１２のシュラウド１２５の径方向外側に紐状樹脂部材で構成された樹脂製補強層１３が巻き付けられて張力が作用した状態で固定されている。そして、この樹脂製補強層１３の材質として、クローズドインペラ１２を構成する金属と同程度の強度を有する材質を採用することで、シュラウド１２５の板厚を薄く形成したことによる強度不足を解消することができている。
【００８４】
さらに、この樹脂製補強層１３の材質は、クローズドインペラ１２を構成している金属よりも比重が軽い。このため、従来のクローズドインペラと比較して、回転体である送風機１４自体の重量を軽量化させることができている。これにより、運転条件の変化に対して即応することが可能になっている。
【００８５】
以上によって、強度の向上および軽量化を図りつつ、運転効率を向上させることが可能になっている。
【００８６】
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（より高い強度が求められる使用環境下であっても）強度の確保を軽量な材質によって行うことができている。
【００８７】
なお、樹脂製補強層１３の材質として、クローズドインペラ１２の材質よりも使用環境下における線熱膨張係数が小さいものを採用した場合には、送風機１４全体の形状が崩れることを防止できる。
【００８８】
（４）他の実施形態
（４−１）
上記実施形態では、クローズドインペラ１２のシュラウド１２５のシュラウド外曲面１２５ｘは、なだらかな曲面である場合を例に挙げて説明した。
【００８９】
しかし、本発明はこれに限られず、例えば、図６に示すように、シュラウド２２５において凹凸形状面を有するシュラウド外曲面２２５ｘが採用されたクローズドインペラ２１２を備える圧縮機構２１０であってもよい。
【００９０】
このシュラウド外曲面２２５ｘの凹凸形状は、特に限定されるものではなく、例えば、シュラウド外曲面２２５ｘの周方向に沿うように複数の溝が設けられて構成されていてもよいし、螺旋状に溝が設けられて構成されていてもよいし、シュラウド外曲面が前面側から背面側に向けて階段状に形成されていてもよい。シュラウド２２５のシュラウド外曲面２２５ｘが凹凸形状を有している場合であっても、内側の面はなだらかな曲面であることが好ましい。
【００９１】
この凹凸形状は、回転体としての送風機の重量を低減させる観点から、最大厚みが大羽根１２２や小羽根１２３の厚み以下となるように形成されることが好ましい。
【００９２】
なお、製造の容易性の観点からは、シュラウド外曲面１２５ｘの凹凸形状は、軸方向に平行な円周面と、径方向に平行な円形状面と、から構成されることが好ましい。
【００９３】
また、樹脂製補強層１３の紐状樹脂部材の固定強度をより十分に確保する観点からは、凹凸形状の溝部分が径方向内側に窪んで形成されていることが好ましい。これにより、張力により周方向外側からシュラウド外曲面１２５ｘを締め付けている紐状樹脂部材が、より半径の小さい方向にずれ落ちてしまうことを効果的に防止することができる。
【００９４】
（４−２）
上記実施形態では、樹脂製補強層１３として、１本の長い紐状樹脂部材をシュラウド外曲面１２５ｘの径方向外側から複数回巻き付けた構成を例に挙げて説明した。
【００９５】
しかし、本発明はこれに限られず、例えば、短い紐状樹脂部材の１つ１つを、周方向に１周ずつ巻き付けるようにして固定されていてもよい。また、比較的短い紐状樹脂部材の１つ１つを、周方向に複数周ずつ巻き付けるようにして固定されていてもよい。
【００９６】
（４−３）
上記実施形態では、樹脂製補強層１３は、シュラウド外曲面１２５ｘに対して厚み方向（径方向）に１重に設けられている場合を例に挙げて説明した。
【００９７】
しかし、本発明はこれに限られず、例えば、紐状樹脂部材は、シュラウド外曲面１２５ｘに対して厚み方向（径方向）に複数層設けられていてもよい。
【００９８】
（４−４）
上記実施形態では、樹脂製補強層１３の材質としてカーボン繊維強化プラスチックを用いた場合を例に挙げて説明した。
【００９９】
しかし、本発明はこれに限られず、例えば、樹脂製補強層１３の材質としては、クローズドインペラ１２の材質（合金等の金属）と同程度の強度を有しており、クローズドインペラ１２の材質よりも軽い性質のものであれば特に限定されるものではなく、ポリアミド（ＰＡ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のエンジニアリングプラスチックや、ポリフェニレンスルファド（ＰＰＳ）のようなスーパーエンジニアリングプラスチック等を用いてもよい。
【０１００】
（４−５）
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
（４−６）
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
（４−７）
上記実施形態では、大羽根１２２だけでなく小羽根１２３も設けられた、インペラ１２を例に挙げて説明した。
【０１０７】
しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、小羽根が設けられておらず、大羽根のみが設けられているインペラであってもよい。
【０１０８】
（４−８）
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
（４−９）
上記実施形態および他の実施形態（４−１）から（４−８）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】
【０１１１】
本発明の遠心圧縮機は、強度の向上および軽量化を図りつつ、運転効率を向上させることができるため、いわゆるクローズド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】
【０１１２】
２  単段遠心圧縮機（遠心圧縮機）
１２  クローズドインペラ
１３  樹脂製補強層
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】
【０１１３】
【特許文献１】特開平３−１４１８９９号公報
【図１】
2013024057.tif 000003
【図２】
2013024057.tif 000004
【図３】
2013024057.tif 000005
【図４】
2013024057.tif 000006
【図５】
2013024057.tif 000007
【図６】
2013024057.tif 000008