(57)【要約】【課題】タービン軸のラジアル方向の支持構成を高めて圧縮効率を高めるとともに、運転開始から定常運転に入るまでの間にタービン軸の軸受内部隙間が過小になることを抑制してタービン軸の回転抵抗増大や軸受の損傷を防止する。【解決手段】ターボ圧縮機は、タービン軸２６の中間部に設けられて駆動軸の駆動ギアに噛み合う従動ギア１２ｂと、タービン軸２６の一端に設けられて冷媒圧縮部１３を構成するタービン翼１３Ａ，１３Ｂと、タービン軸２６における従動ギア１２ｂとタービン翼１３Ａ，１３Ｂとの間を軸支する第１の軸支部３４と、タービン軸２６の他端を軸支する第２の軸支部３５と、を備え、第１の軸支部３４と第２の軸支部３５は、それぞれ少なくとも１つの円筒ころ軸受３６が設けられ、第１の軸支部３４と第２の軸支部３５の少なくも一方には４点接触玉軸受３７が設けられていることを特徴とする。【選択図】図３
2017089492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動ギアが設けられた駆動軸と、
前記駆動軸に対し平行に軸支されたタービン軸と、
前記タービン軸の中間部に設けられて前記駆動ギアに噛み合う従動ギアと、
前記タービン軸の一端に設けられて冷媒圧縮部を構成するタービン翼と、
前記タービン軸における前記従動ギアと前記タービン翼との間を軸支する第１の軸支部と、
前記タービン軸の他端を軸支する第２の軸支部と、を備え、
前記第１の軸支部と前記第２の軸支部は、それぞれ少なくとも１つの円筒ころ軸受が設けられ、
前記第１の軸支部と前記第２の軸支部の少なくも一方には４点接触玉軸受が設けられていることを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項２】
駆動ギアが設けられた駆動軸と、
前記駆動軸に対し平行に軸支されたタービン軸と、
前記タービン軸の中間部に設けられて前記駆動ギアに噛み合う従動ギアと、
前記タービン軸の一端に設けられて冷媒圧縮部を構成するタービン翼と、
前記タービン軸を軸支する軸受と、
前記軸受の外輪を加熱する外輪加熱部と、
を備えたことを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項３】
前記外輪加熱部は電気ヒーターである請求項２に記載のターボ圧縮機。
【請求項４】
前記外輪加熱部は、前記冷媒圧縮部において圧縮された圧縮冷媒の一部を前記外輪の近傍に供給する冷媒供給通路である請求項２に記載のターボ圧縮機。
【請求項５】
前記外輪を保持する軸受保持部材は、前記外輪の材料よりも熱伝導性の良い材料で形成されている請求項２から４のいずれかに記載のターボ圧縮機。
【請求項６】
駆動ギアが設けられた駆動軸と、
前記駆動軸に対し平行に軸支されたタービン軸と、
前記タービン軸の中間部に設けられて前記駆動ギアに噛み合う従動ギアと、
前記タービン軸の一端に設けられて冷媒圧縮部を構成するタービン翼と、
前記タービン軸を軸支する軸受と、
前記軸受の内輪を冷却する内輪冷却部と、
を備えたことを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項７】
前記内輪冷却部は、
前記タービン軸の内部に形成された冷却液供給通路と、
前記冷却液供給通路に冷却液を送給する冷却液送給部と、
を備えて構成されている請求項６に記載のターボ圧縮機。
【請求項８】
冷媒を圧縮する請求項１から７のいずれかに記載のターボ圧縮機と、
前記ターボ圧縮機によって圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
膨張した前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
を具備してなることを特徴とするターボ冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機、これを備えたターボ冷凍装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地域冷暖房の熱源等に使用されているターボ冷凍装置に組み込まれているターボ圧縮機において、例えば、特許文献１，２に開示されているように、電動機の回転を増速ギアにより増速させてタービン軸を駆動するものがある。即ち、電動機の駆動軸に設けられた駆動ギア（大ギア）と、タービン軸に設けられた従動ギア（小ギア）とが噛み合わされ、駆動軸の回転が増速されてタービン軸に伝達されるものである。
【０００３】
この場合、タービン軸においては、従動ギアの両側の位置が転がり軸受によって軸支され、駆動ギアから付与されるラジアル荷重が支持される。また、駆動ギアと従動ギアは噛み合い騒音低減ためにヘリカルギア（はすば歯車）とされるため、その噛み合い時にタービン軸にアキシャル荷重（スラスト荷重）が加わる。
【０００４】
特許文献１に記載のターボ圧縮機では、タービン軸のラジアル荷重を深溝玉軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受のいずれか、もしくはこれらを併用して支持しており、アキシャル荷重を上記の深溝玉軸受か円錐ころ軸受によって支持している。即ち、深溝玉軸受と円錐ころ軸受にラジアル荷重とアキシャル荷重の両方を支持させている。
【０００５】
特許文献２に記載のターボ圧縮機では、タービン軸を複数のアンギュラ玉軸受によって支持しており、これらのアンギュラ玉軸受にタービン軸のラジアル荷重とアキシャル荷重の両方を支持させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２０７４７１号公報
【特許文献２】特開２００２−３０３２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受は、定常運転条件下、即ち増速ギアにおいて発生する摩擦熱の入熱によってタービン軸が温まり、軸受の内輪と外輪と玉の温度が均一に昇温した状態で、内外輪と玉との間の隙間、つまり軸受内部隙間がほぼゼロとなるように、予めの軸受内部隙間が設定されている。
【０００８】
このように、定常運転条件下での軸受内部隙間がゼロになるようにすれば、タービン軸のラジアル方向の支持剛性が高められる。これにより、タービン軸のラジアル方向への振れが小さくなるため、タービン軸に設けられたタービン翼と、ケーシングに形成された圧縮通路との間の隙間を最小限に設定し、圧縮冷媒の漏れを最小化して高効率化を図ることができる。
【０００９】
しかしながら、室温状態にあるターボ圧縮機を予熱なく始動させて定常運転まで昇速させる運転条件下においては、図８に示すように、運転開始から定常運転に到達するまでの間に、増速ギアからの入熱によって先ず軸受の内輪が昇温し、遅れて外輪が昇温する。
【００１０】
このため、一時的に内輪の温度が外輪の温度よりも高くなり、内輪のみが熱膨張することによって軸受内部隙間がゼロ未満となる。この時、玉が潰れる（変形する）ことで発熱し、熱膨張するため、さらに軸受内部隙間がきつくなり、回転抵抗が増大し、ひいては軸受の損傷を引き起こす虞がある。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、タービン軸のラジアル方向の支持構成を高めて圧縮効率を高めるとともに、運転開始から定常運転に入るまでの間にタービン軸の軸受内部隙間が過小になることを抑制してタービン軸の回転抵抗増大や軸受の損傷を防止することができるターボ圧縮機、これを備えたターボ冷凍装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明の第１態様に係るターボ圧縮機は、駆動ギアが設けられた駆動軸と、前記駆動軸に対し平行に軸支されたタービン軸と、前記タービン軸の中間部に設けられて前記駆動ギアに噛み合う従動ギアと、前記タービン軸の一端に設けられて冷媒圧縮部を構成するタービン翼と、前記タービン軸における前記従動ギアと前記タービン翼との間を軸支する第１の軸支部と、前記タービン軸の他端を軸支する第２の軸支部と、を備え、前記第１の軸支部と前記第２の軸支部は、それぞれ少なくとも１つの円筒ころ軸受が設けられ、前記第１の軸支部と前記第２の軸支部の少なくも一方には４点接触玉軸受が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
上記構成のターボ圧縮機によれば、タービン軸の従動ギアを挟んで設けられる第１の軸支部と第２の軸支部とが、それぞれ少なくとも１つの円筒ころ軸受を備えているため、深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受のような玉軸受のみを採用した場合に比べてタービン軸のラジアル方向への剛性を高めることができる。即ち、玉軸受は玉が内外輪に対して点接触するが、円筒ころ軸受は、ころが内外輪に対して線接触するため、ラジアル荷重が加わった際に、ころが内外輪に食い込む大きさが玉軸受に比べて格段に小さく、玉軸受に比べてタービン軸の支持剛性が高い。
【００１４】
このため、円筒ころ軸受は、内外輪が温まった定常運転時における軸受内部隙間を玉軸受よりも大きく設定することができる。これにより、室温状態にあるターボ圧縮機を予熱なく始動させて定常運転まで昇速させる運転条件下において、増速ギアからの入熱により円筒ころ軸受の内輪が外輪よりも先に昇温して熱膨張しても、円筒ころ軸受の軸受内部隙間がゼロ未満にならず、タービン軸の回転抵抗増大や軸受の損傷に繋がる懸念がない。
【００１５】
また、タービン軸を円筒ころ軸受で支持することにより、タービン軸のラジアル方向の支持剛性が高められ、タービン軸のラジアル方向への振れが小さくなる。このため、タービン軸に設けられたタービン翼と、ケーシングに形成された圧縮通路との間の隙間を最小限に設定し、圧縮冷媒の漏れを最小化してターボ圧縮機の圧縮効率を高めることができる。
【００１６】
また、円筒ころ軸受と共に設けられた４点接触玉軸受は、主にタービン軸のアキシャル荷重を担うため、ラジアル方向への軸受内部隙間を大きくしておくことができる。このため、円筒ころ軸受と同様に、ターボ圧縮機が室温状態から昇速運転する際に、ラジアル方向の軸受内部隙間がゼロ未満にならないようにすることができ、タービン軸の回転抵抗の増大や軸受の損傷を回避することができる。
【００１７】
本発明の第２態様に係るターボ圧縮機は、駆動ギアが設けられた駆動軸と、前記駆動軸に対し平行に軸支されたタービン軸と、前記タービン軸の中間部に設けられて前記駆動ギアに噛み合う従動ギアと、前記タービン軸の一端に設けられて冷媒圧縮部を構成するタービン翼と、前記タービン軸を軸支する軸受と、前記軸受の外輪を加熱する外輪加熱部と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
上記構成のターボ圧縮機によれば、室温状態にあるターボ圧縮機を予熱なく始動させて定常運転まで昇速させる運転条件下においては、先に外輪加熱部によって軸受の外輪を加熱することにより、外輪を内輪と同時に、あるいは内輪よりも先に熱膨張させることができる。これにより、増速ギアからの入熱により軸受の内輪が外輪よりも先に昇温して熱膨張することを防止し、タービン軸の回転抵抗増大や軸受の損傷を回避することができる。
【００１９】
前記第２の態様において、前記外輪加熱部は電気ヒーターとすることができる。あるいは、前記外輪加熱部を、前記冷媒圧縮部において圧縮された圧縮冷媒の一部を前記外輪の近傍に供給する冷媒供給通路としてもよい。
【００２０】
外輪加熱部を上記構成とすることにより、簡素な構造によって軸受の外輪を加熱可能にし、昇速運転時に増速ギアからの入熱により軸受の内輪が外輪よりも先に昇温して熱膨張することを防止し、タービン軸の回転抵抗増大や軸受の損傷を回避することができる。
【００２１】
前記第２の態様において、前記外輪を保持する軸受保持部材は、前記外輪の材料よりも熱伝導性の良い材料で形成するのが好ましい。これにより、外輪加熱部のもたらす熱が軸受保持部材によって軸受の外輪に良好に伝達される。したがって、外輪を良好に熱膨張させてタービン軸の回転抵抗増大や軸受の損傷を回避することができる。
【００２２】
本発明の第３態様に係るターボ圧縮機は、駆動ギアが設けられた駆動軸と、前記駆動軸に対し平行に軸支されたタービン軸と、前記タービン軸の中間部に設けられて前記駆動ギアに噛み合う従動ギアと、前記タービン軸の一端に設けられて冷媒圧縮部を構成するタービン翼と、前記タービン軸を軸支する軸受と、前記軸受の内輪を冷却する内輪冷却部と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
上記構成のターボ圧縮機によれば、室温状態にあるターボ圧縮機を予熱なく始動させて定常運転まで昇速させる運転条件下においては、内輪冷却部によって軸受の内輪を冷却することにより、内輪の熱膨張を外輪よりも遅らせることができる。これにより、増速ギアからの入熱により軸受の内輪が外輪よりも先に昇温して熱膨張することを防止し、タービン軸の回転抵抗増大や軸受の損傷を回避することができる。
【００２４】
前記第３の態様において、前記内輪冷却部は、前記タービン軸の内部に形成された冷却液供給通路と、前記冷却液供給通路に冷却液を送給する冷却液送給部と、を備えた構成としてもよい。
【００２５】
内輪冷却部を上記構成とすることにより、簡素な構造によって軸受の内輪を冷却可能にし、昇速運転時に増速ギアからの入熱により軸受の内輪が外輪よりも先に昇温して熱膨張することを防止し、タービン軸の回転抵抗増大や軸受の損傷を回避することができる。
【００２６】
本発明の第３態様に係るターボ冷凍装置は、前記のいずれかのターボ圧縮機と、前記ターボ圧縮機によって圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、膨張した前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、を具備してなることを特徴とする。
【００２７】
上記構成によれば、ターボ圧縮機におけるタービン軸のラジアル方向の支持構成が高められて圧縮効率が高くなり、且つ運転開始から定常運転に入るまでの間にタービン軸の軸受内部隙間が過小になることを抑制してタービン軸の回転抵抗増大や軸受の損傷を防止することができるため、高性能で信頼性の高いターボ冷凍装置とすることができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明に係るターボ圧縮機、これを備えたターボ冷凍装置によれば、タービン軸のラジアル方向の支持構成を高めて圧縮効率を高めるとともに、運転開始から定常運転に入るまでの間にタービン軸の軸受内部隙間が過小になることを抑制してタービン軸の回転抵抗増大や軸受の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係るターボ冷凍装置の概略構成図である。
【図２】ターボ圧縮機の一構造例を示す横断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ部を拡大して本発明の第１実施形態を示すタービン軸付近の拡大図である。
【図４】図２のＩＶ部を拡大して本発明の第２実施形態を示す第１の軸支部付近の拡大図である。
【図５】本発明の第３実施形態を示す第１の軸支部付近の拡大図である。
【図６】本発明の第４実施形態を示すタービン軸付近の拡大図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿うタービン軸の縦断面図である。
【図８】従来の問題点を示すターボ圧縮機の運転時間と運転速度と内外輪の温度との相関関係を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るターボ冷凍装置の概略構成図である。このターボ冷凍装置１は、冷媒を圧縮するターボ圧縮機２と、油ミスト分離タンク３と、凝縮器４と、エコノマイザ５と、蒸発器６と、潤滑油タンク７と、主膨張弁８と、副膨張弁９等を備えて構成されている。ターボ圧縮機２は、図２にも示すように、電動機１１と、増速部１２と、遠心タービン型の冷媒圧縮部１３と、後述する複数の軸受とが１つのユニットにまとめられたものである。潤滑油タンク７は内部にポンプ７ａを有し、ターボ圧縮機２の増速部１２や軸受等に供給する潤滑油を貯留するタンクである。
【００３１】
このターボ冷凍装置１において、ターボ圧縮機２の電動機１１によって冷媒圧縮部１３が増速駆動されると、蒸発器６から気化冷媒が冷媒圧縮部１３に吸入されて圧縮され、この圧縮冷媒が油ミスト分離タンク３にて油分を分離されてから凝縮器４に送給される。
凝縮器４の内部では、ターボ圧縮機２で圧縮された高温の圧縮冷媒が冷却水と熱交換することにより凝縮熱を冷却されて凝縮液化される。凝縮器４で液相状になった凝縮冷媒は、エコノマイザ５と主膨張弁８と経て蒸発器６に給送される。
凝縮冷媒の一部は副膨張弁９を通過して減圧されることにより断熱膨張（気化）してエコノマイザ５に流れ、その気化熱によりエコノマイザ５内部を流れる凝縮冷媒を冷却した後、ターボ圧縮機２の冷媒圧縮部１３中段に還流される。
【００３２】
凝縮冷媒は主膨張弁８を通過して減圧されることにより断熱膨張し、低温の気液二相状となって蒸発器６に流れる。蒸発器６の内部では、低温の冷媒と熱源水とが熱交換し、熱源水が冷却される。冷却された熱源水は空調用の冷熱媒や工業用冷却水等として利用される。熱源水との熱交換により気化した冷媒は、再びターボ圧縮機２の冷媒圧縮部１３に吸入されて圧縮され、以下、このサイクルが繰り返される。
【００３３】
図２は、ターボ圧縮機２の一構造例を示す横断面図である。
ターボ圧縮機２は、その外殻を形成するケーシング２１の内部に、電動機１１と、増速部１２と、冷媒圧縮部１３と、駆動軸２５と、タービン軸２６とが封入されている。駆動軸２５は電動機１１の主軸でもあり、この駆動軸２５に対してタービン軸２６が平行に軸支されている。
【００３４】
増速部１２は、駆動軸２５の先端部に設けられた駆動ギア１２ａと、タービン軸２６の中間部に設けられて駆動ギア１２ａに噛み合う従動ギア１２ｂとを具備して構成されている。駆動ギア１２ａは従動ギア１２ｂよりも歯数が多く、このため駆動軸２５の回転が数倍に増速されてタービン軸２６に伝達される。その際には摩擦熱が発生し、タービン軸２６が加熱される。これらのギア１２ａ，１２ｂはヘリカルギア（はすば歯車）とされて噛み合い騒音の低減が図られている。
【００３５】
冷媒圧縮部１３は、例えばタービン軸２６の電動機１１から遠い方の端部に固定された２段のタービン翼１３Ａ，１３Ｂと、ケーシング２１の内部に形成された圧縮通路１３Ｃとを備えてなる公知の２段圧縮機であるが、遠心タービン型であればこの態様にされない。
【００３６】
駆動軸２５は、電動機１１の両側に設けられた軸受３１，３２により軸支されている。これらに軸受３１，３２としては、例えば深溝玉軸受が採用されている。一方、タービン軸２６は、従動ギア１２ｂとタービン翼１３Ａ，１３Ｂとの間を軸支する第１の軸支部３４と、タービン軸２６の他端、即ち電動機１１側の端部を軸支する第２の軸支部３５とによって軸支されている。
【００３７】
［第１実施形態］
図３は、図２のＩＩＩ部を拡大して本発明の第１実施形態を示すタービン軸付近の拡大図である。
タービン軸２６における従動ギア１２ｂとタービン翼１３Ａ，１３Ｂとの間を軸支する第１の軸支部３４は、例えば１つの円筒ころ軸受３６と１つの４点接触玉軸受３７とを備えており、その間に環状のスペーサ３８が介装されている。ここでは円筒ころ軸受３６がタービン翼１３Ａ，１３Ｂ側に配置されているが、円筒ころ軸受３６と４点接触玉軸受３７との位置関係を逆にしてもよい。
【００３８】
一方、タービン軸２６の他端（電動機１１側の端部）を軸支する第２の軸支部３５は、例えば２つの円筒ころ軸受３６が軸方向に隣接して設けられている。これら２つの円筒ころ軸受３６は単一で幅広の円筒ころ軸受としてもよい。各円筒ころ軸受３６は、内輪３６ａと、外輪３６ｂと、ころ３６ｃとを備えている。また、４点接触玉軸受３７とは、内輪３７ａと、外輪３７ｂと、玉３７ｃとを備えている。内輪３７ａは軸方向に二分割されており、玉３７ｃは内輪３７ａと外輪３７ｂとにそれぞれ２点で接触する。
【００３９】
本実施形態では、第１の軸支部３４に４点接触玉軸受３７を設けているが、４点接触玉軸受３７を第２の軸支部３５に設けたり、第１の軸支部３４と第２の軸支部３５の両方に設けてもよい。要するに、第１の軸支部３４と第２の軸支部３５の両方に、それぞれ１つ以上の円筒ころ軸受３６が設けられ、第１の軸支部３４と第２の軸支部３５の少なくも一方に４点接触玉軸受３７が設けられていればよい。
【００４０】
上記構成において、第１の軸支部３４と第２の軸支部３５の円筒ころ軸受３６によりタービン軸２６のラジアル荷重が支持され、第１の軸支部３４の４点接触玉軸受３７によりタービン軸２６のアキシャル荷重（スラスト荷重）が支持される。
【００４１】
このように、タービン軸２６の従動ギア１２ｂを挟んで設けられる第１の軸支部３４と第２の軸支部３５に、それぞれ少なくとも１つの円筒ころ軸受３６を設けたため、深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受のような玉軸受のみによってタービン軸２６を支持した場合に比べてタービン軸２６のラジアル方向への剛性を高めることができる。
【００４２】
即ち、玉軸受は玉が内外輪に対して点接触するが、円筒ころ軸受３６は、ころ３６ａが内輪３６ａおよび外輪３６ｂに対して線接触するため、ラジアル荷重が加わった際に、ころ３６ａが内外輪３６ａ，３６ｂに食い込む大きさが玉軸受に比べて格段に小さく、玉軸受に比べてタービン軸２６の支持剛性が高い。
【００４３】
このため、円筒ころ軸受３６は、内外輪３６ａ，３６ｂが温まった定常運転時における軸受内部隙間を玉軸受よりも大きく設定することができる。したがって、室温状態にあるターボ圧縮機２を予熱なく始動させて定常運転まで昇速させる運転条件下において、増速ギア１２（従動ギア１２ｂ）からの入熱により円筒ころ軸受３６の内輪３６ａが外輪３６ｂよりも先に昇温して熱膨張しても、円筒ころ軸受３６の軸受内部隙間がゼロ未満にならず、タービン軸２６の回転抵抗の増大や軸受の損傷に繋がる懸念がない。
【００４４】
また、円筒ころ軸受３６と共に設けられた４点接触玉軸受３７は、主にタービン軸２６のアキシャル荷重を担うため、ラジアル方向への軸受内部隙間を予め大きくしておくことができる。このため、円筒ころ軸受３６と同様に、ターボ圧縮機２が室温状態から昇速運転する際に、ラジアル方向の軸受内部隙間がゼロ未満にならないようにすることができ、タービン軸２６の回転抵抗の増大や軸受の損傷を回避することができる。
【００４５】
そして、タービン軸２６を円筒ころ軸受３６で支持することにより、タービン軸２６のラジアル方向の支持剛性が高められ、タービン軸２６のラジアル方向への振れが小さくなるため、タービン軸２６に設けられたタービン翼１３Ａ，１３Ｂと、ケーシング２１に形成された圧縮通路１３Ｃとの間の隙間を最小限に設定し、圧縮冷媒の漏れを最小化してターボ圧縮機２の圧縮効率を高めることができる。
【００４６】
［第２実施形態］
図４は、図２のＩＶ部を拡大して本発明の第２実施形態を示す第１の軸支部３５付近の拡大図である。ここに示すケーシング２１、タービン軸２６、冷媒圧縮部１３を構成するタービン翼１３Ａ，１３Ｂ、圧縮通路１３Ｃ、第１の軸支部３５を構成する円筒ころ軸受３６、４点接触玉軸受３７、スペーサ３８等の形状や位置関係等は第１実施形態の構成と同様である。なお、円筒ころ軸受３６と４点接触玉軸受３７の軸受形式は、他の形式、例えば深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受等に置き換えてもよい。
【００４７】
第１の軸支部３５を構成する円筒ころ軸受３６と４点接触玉軸受３７とスペーサ３８は、円筒状の軸受保持部材４１に軽圧入されており、この軸受保持部材４１がケーシング２１に密に嵌め込まれている。軸受保持部材４１を形成する金属材料は、円筒ころ軸受３６の外輪３６ｂおよび４点接触玉軸受３７の外輪３７ｂを形成する金属材料（鋼材）よりも熱伝導性の良い材料で形成されている。例えば、軸受保持部材４１の金属材料としては、アルミニウム、真鍮（黄銅）、銅等が挙げられる。軸受保持部材４１をケーシング２１と一体化し、ケーシング２１全体を熱伝導性の良い材料で形成してもよい。
【００４８】
軸受保持部材４１の外周部には、例えば筒状の電気ヒーター４３（外輪加熱部）が設けられている。本実施形態では電気ヒーター４３が軸受保持部材４１の外周に接するケーシング２１側に装着されているが、電気ヒーター４３を軸受保持部材４１側に装着してもよい。電気ヒーター４３は、熱伝導性の良い軸受保持部材４１を介して円筒ころ軸受３６の外輪３６ｂと４点接触玉軸受３７の外輪３７ｂを均一に加熱することができる。
【００４９】
このような電気ヒーター４３を設けることにより、室温状態にあるターボ圧縮機２を予熱なく始動させて定常運転まで昇速させる運転条件下においては、先に電気ヒーター４３を起動させ、その熱Ｈによって軸受３６，３７の外輪３６ｂ，３７ｂを加熱することにより、外輪３６ｂ，３７ｂを内輪３６ａ，３７ａと同時に、あるいは内輪３６ａ，３７ａよりも先に熱膨張させることができる。これにより、従動ギア１２ｂからの入熱により軸受３６，３７の内輪３６ａ，３７ａが外輪３６ｂ，３７ｂよりも先に昇温して熱膨張することを簡素な構造によって防止し、タービン軸２６の回転抵抗増大や軸受の損傷を回避することができる。
【００５０】
また、軸受３６，３７を保持する軸受保持部材４１を、軸受３６，３７の外輪３６ｂ，３７ｂの材料よりも熱伝導性の良い材料で形成することにより、外輪加熱部である電気ヒーター４３の熱を軸受保持部材４１によって外輪３６ｂ，３７ｂに良好に、且つ均等に伝達することができる。したがって、外輪３６ｂ，３７ｂを良好に熱膨張させてタービン軸２６の回転抵抗増大や軸受の損傷を回避することができる。電気ヒーター４３は軸受３６，３７の膨張が完了した時点で停止させる。
【００５１】
［第３実施形態］
図５は、本発明の第３実施形態を示す第１の軸支部付近の拡大図である。本実施形態は、外輪加熱部として第２実施形態の電気ヒーター４３に代えて冷媒供給通路４６が設けられている点以外は第２実施形態の構成と同様であるため、同一構成部には同一符号を付して説明を省略する。
【００５２】
本実施形態においても、第２実施形態と同様に、第１の軸支部３５を構成する円筒ころ軸受３６と４点接触玉軸受３７を他の形式の軸受に変更しても構わない。これらの軸受３６，３７を保持する軸受保持部材４１の金属材料は、第２実施形態と同様に、軸受３６，３７の外輪３６ｂ，３７ｂを形成する金属材料よりも熱伝導性の良い材料で形成する。
【００５３】
本実施形態では、軸受３６，３７の外輪３６ｂ，３７ｂを加熱する外輪加熱部として、冷媒圧縮部１３において圧縮された圧縮冷媒Ｒの一部を抽出して外輪３６ｂ，３７ｂの近傍に供給する冷媒供給通路４６が設けられている。この冷媒供給通路４６は、冷媒抽出通路４６ａと、冷媒入口通路４６ｂと、冷媒出口通路４６ｃとを含んで構成されている。
【００５４】
冷媒抽出通路４６ａは、例えばタービン軸２６の軸方向に沿って軸受保持部材４１の内部にトーラス状（円筒状）通路、もしくは複数の平行な直線孔状通路として形成されている。また、冷媒入口通路４６ｂは、タービン翼１３ｂとケーシング２１との間に設けられたラビリンスシール４８の近傍から冷媒抽出通路４６ａの一端に通じる斜孔状通路であり、冷媒出口通路４６ｃは、冷媒抽出通路４６ａの他端から軸受保持部材４１の後端部に抜ける斜孔状の通路である。
【００５５】
このような冷媒供給通路４６を設けることにより、室温状態にあるターボ圧縮機２を予熱なく始動させて定常運転まで昇速させる運転条件下においては、軸受３６，３７が過熱しないような低速運転を暫く行うことにより、圧縮された温かい冷媒Ｒの一部を抽出して冷媒供給通路４６に通し、軸受３６，３７の外輪３６ｂ，３７ｂを熱膨張させることができる。
【００５６】
即ち、ラビリンスシール４８から漏洩する少量の圧縮冷媒Ｒが、冷媒入口通路４６ｂから冷媒抽出通路４６ａに流入し、軸受保持部材４１を温めながら後方に流れて冷媒出口通路４６ｃから流出する。軸受保持部材４１は熱伝導性の良い材料で形成されているため、冷媒抽出通路４６ａを流れる圧縮冷媒Ｒの熱が軸受３６，３７の外輪３６ｂ，３７ｂに良好に伝達され、外輪３６ｂ，３７ｂが温められて熱膨張する。
【００５７】
こうして、軸受３６，３７の外輪３６ｂ，３７ｂを内輪３６ａ，３７ａと同時に、あるいは内輪３６ａ，３７ａよりも先に熱膨張させることができる。このため、簡素な構造によって従動ギア１２ｂからの入熱により軸受３６，３７の内輪３６ａ，３７ａが外輪３６ｂ，３７ｂよりも先に昇温して熱膨張することを防止し、タービン軸２６の回転抵抗増大や軸受の損傷を回避することができる。
【００５８】
なお、上記のように冷媒供給通路４６（４６ａ，４６ｂ，４６ｃ）を軸受保持部材４１の内部に形成する代わりに、ケーシング２１と軸受保持部材４１との間に溝状の冷媒供給通路（非図示）を形成し、ラビリンスシール４８から漏洩する圧縮冷媒Ｒを軸受保持部材４１の外周側に流すようにしてもよい。
【００５９】
［第４実施形態］
図６は、本発明の第４実施形態を示すタービン軸付近の拡大図であり、図７（Ａ），（Ｂ）は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿うタービン軸の縦断面図である。本実施形態は、軸受３６，３７の内輪３６ａ，３７ａを冷却する内輪冷却部５２が設けられている点以外は、図３に示す第１実施形態の構成と同様であるため、各部に同一符号を付して説明を省略する。なお、円筒ころ軸受３６と４点接触玉軸受３７の軸受形式は、他の形式、例えば深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受等に置き換えてもよい。
【００６０】
内輪冷却部５２は、タービン軸２６の内部に形成された冷却液供給通路５３と、この冷却液供給通路５３に冷却液を送給する冷却液送給部５４とを備えている。冷却液供給通路５３は、例えばタービン軸２６の軸心部に形成された冷却液往路５３ａと、この冷却液往路５３ａの周囲を囲むように形成された冷却液復路５３ｂと、タービン軸２６の内部で両通路５３ａ，５３ｂの先端同士を連通させる連通路５３ｃとを備えて構成されている。冷却液復路５３ｂの断面形状は、図７（Ａ）に示すように冷却液往路５３ａの周りを同心円状に囲む断面としたり、図７（Ｂ）に示すように冷却液往路５３ａの周りを囲む複数の直線通路状としたりすることができる。
【００６１】
冷却液送給部５４は、冷却液供給通路５３の冷却液往路５３ａに冷却液を送給可能なパイプ状に形成されている。この冷却液送給部５４の他端は、図示しない冷却液供給ポンプに繋がっている。冷却液としては、図１に示す蒸発器６において低温の冷媒と熱交換して冷却された熱源水の一部を抽出して使用することが考えられる。あるいは、蒸発器６に供給される低圧な液冷媒の部を抽出して使用することも考えられる。
【００６２】
このように構成された内輪冷却部５２を設けることにより、室温状態にあるターボ圧縮機２を予熱なく始動させて定常運転まで昇速させる運転条件下においては、内輪冷却部５２によって軸受３６，３７の内輪３６ａ，３７ａを予め冷却し、内輪３６ａ，３７ａの熱膨張を外輪３６ｂ，３７ｂよりも遅らせることができる。即ち、冷却液送給部５４から冷却液往路５３ａに送給された冷媒液が、連通路５３ｃを経て冷却液復路５３ｂに流れ、これによってタービン軸２６が冷却されるため、その冷熱が軸受３６，３７の内輪３６ａ，３７ａに伝わり、内輪３６ａ，３７ａが冷却されて熱膨張が遅延される。
【００６３】
これにより、増速ギア１２（従動ギア１２ｂ）からの入熱により軸受３６，３７の内輪３６ａ，３７ａが外輪３６ｂ，３７ｂよりも先に昇温して熱膨張することを簡素な構造によって防止し、タービン軸２６の回転抵抗増大や軸受３６，３７の損傷を回避することができる。冷却液の送給は軸受３６，３７の膨張が完了した時点で停止させる。
【００６４】
以上に説明したように、本実施形態に係るターボ圧縮機２、およびこれを備えたターボ冷凍装置１によれば、タービン軸２６のラジアル方向の支持構成を高めてターボ圧縮機２の圧縮効率を高めるとともに、運転開始から定常運転に入るまでの間にタービン軸２６の軸受内部隙間が過小になることを抑制してタービン軸２６の回転抵抗増大や軸受の損傷を防止することができる。
【００６５】
なお、本発明は上記実施形態の構成のみにされるものではなく、適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。例えば、第２〜第４実施形態における軸受３６，３７の種類は他の物に変更してもよい。また、第１〜第４実施形態の構成を適宜組み合わせることもできる。
【符号の説明】
【００６６】
１  ターボ冷凍装置
２  ターボ圧縮機
４  凝縮器
６  蒸発器
８  主膨張弁
１２  増速部
１２ａ  駆動ギア
１２ｂ  従動ギア
１３  冷媒圧縮部
１３Ａ，１３Ｂ  タービン翼
２５  駆動軸
２６  タービン軸
３４  第１の軸支部
３５  第２の軸支部
３６  円筒ころ軸受
３６ａ  内輪
３６ｂ  外輪
３６ｃ  ころ
３７  ４点接触玉軸受
３７ａ  内輪
３７ｂ  外輪
３７ｃ  玉
４１  軸受保持部材
４３  電気ヒーター（外輪加熱部）
４６  冷媒供給通路（外輪加熱部）
５２  内輪冷却部
５３  冷却液供給通路
５４  冷却液送給部
Ｈ  熱
Ｒ  圧縮冷媒
【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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【図８】
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