(57)【要約】本開示の例示的な一実施形態は、遠心冷媒圧縮機システムに関する。このシステムは、凝縮器と、蒸発器と、凝縮器と蒸発器の間にあるエコノマイザーとを含む。システムは更に、第１羽根車と、第１羽根車の下流にある第２羽根車とを有する、遠心圧縮機を含む。圧縮機は少なくとも１つのポートを含む。再循環流路とエコノマイザー流路からの流体は、少なくとも１つのポートによって圧縮機の主流路に導入される。
2016539311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心冷媒圧縮機システムであって、
凝縮器と、
蒸発器と、
前記凝縮器と前記蒸発器の間にあるエコノマイザーと、
第１羽根車及び前記第１羽根車の下流にある第２羽根車を含む遠心圧縮機であって、少なくとも１つのポートを含み、再循環流路とエコノマイザー流路からの流体が前記少なくとも１つのポートを通して圧縮機の主流路に導入される、遠心圧縮機と
を含む遠心冷媒圧縮機システム。
【請求項２】
前記再循環流路は前記圧縮機の出口から供給され、前記エコノマイザー流路は前記エコノマイザーから供給される、請求項１に記載の冷媒システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つのポートは、前記第１羽根車の下流で且つ前記第２羽根車の上流に設けられている単独のポートである、請求項１に記載の冷媒システム。
【請求項４】
前記ポートは戻り流路に隣接して設けられている、請求項３に記載の冷媒システム。
【請求項５】
前記圧縮機は（１）可変形状ディフューザーと（２）入口案内翼のうちの一方を含む、請求項４に記載の冷媒システム。
【請求項６】
前記圧縮機は前記第１羽根車の下流に可変形状ディフューザーを含み、前記圧縮機は更に前記第２羽根車の下流に静翼ディフューザーを含む、請求項５に記載の冷媒システム。
【請求項７】
前記圧縮機は入口案内翼を含み、前記圧縮機は更に前記第１及び第２羽根車の下流にそれぞれ第１及び第２羽根無しディフューザーを含む、請求項５に記載の冷媒システム。
【請求項８】
前記少なくとも１つのポートは第１ポートと第２ポートとを含み、前記第１ポートは前記第１羽根車の下流で且つ前記第２羽根車の上流にあり、前記第２ポートは前記第２羽根車の下流で且つ前記圧縮機の出口の上流にあり、前記エコノマイザー流路は前記第１ポートと流体連通し、前記再循環流路は前記第２ポートと流体連通している、請求項１に記載の冷媒システム。
【請求項９】
前記圧縮機は（１）可変形状ディフューザーと（２）入口案内翼のうちの一方を含む、請求項８に記載の冷媒システム。
【請求項１０】
前記圧縮機は前記第１羽根車の下流に可変形状ディフューザーを含み、前記圧縮機は更に前記第２羽根車の下流に静翼ディフューザーを含み、前記第２ポートは前記静翼ディフューザーに隣接している、請求項９に記載の冷媒システム。
【請求項１１】
前記圧縮機は入口案内翼を含み、前記圧縮機は更に前記第１及び第２羽根車の下流にそれぞれ第１及び第２羽根無しディフューザーを含む、請求項９に記載の冷媒システム。
【請求項１２】
前記圧縮機は更に前記第１羽根車の下流に静翼ディフューザーを含み、前記少なくとも１つのポートは第１ポートと第２ポートとを含み、前記第１ポートは前記静翼ディフューザーに隣接し、前記第２ポートは前記第１羽根車の下流で且つ前記第２羽根車の上流にあり、前記再循環流路は前記第１ポートと流体連通し、前記エコノマイザー流路は前記第２ポートと流体連通している、請求項１に記載の冷媒システム。
【請求項１３】
前記圧縮機は更に前記第１羽根車の下流に静翼ディフューザーを含み、前記少なくとも１つのポートは前記静翼ディフューザーに隣接した単独のポートである、請求項１に記載の冷媒システム。
【請求項１４】
遠心冷媒圧縮機であって
第１羽根車と、
前記第１羽根車の下流にある第２羽根車と、
再循環流路と流体連通しているポートであって、（１）前記第１及び第２羽根車の間の戻り流路に隣接して又は（２）前記第２羽根車の下流に設けられているポートと
を含む、遠心冷媒圧縮機。
【請求項１５】
前記ポートは前記戻り流路に隣接して設けられている、請求項１４に記載の冷媒システム。
【請求項１６】
前記ポートはエコノマイザー流路と流体連通している、請求項１５に記載の冷媒システム。
【請求項１７】
前記ポートは前記第２羽根車の下流に設けられている、請求項１４に記載の冷媒システム。
【請求項１８】
前記圧縮機は、前記戻り流路に隣接した第１ポートと、前記第２羽根車の下流にある第２ポートとを含み、前記第１ポートはエコノマイザー流路と流体連通し、前記第２ポートは再循環流路と連通している、請求項１７に記載の冷媒システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、２０１３年１１月１４日出願された米国仮出願第６１／９０４１６０号の利益を主張する。
冷媒圧縮機は、冷媒ループを通して冷却装置内で冷媒を循環させるのに使用される。既知の冷媒圧縮機の１つのタイプは、一定速度で動作し、且つ羽根車の上流の圧縮機入口に配置された１組の可変入口案内翼を有する。可変入口案内翼は、様々な動作状態中に容量を調整するために冷媒圧縮機の動作中に作動される。
【０００２】
他の既知の冷媒圧縮機は、部分負荷動作状態中の容量制御を改善するために、更に羽根車の下流に可変形状ディフューザーを使用してきた。可変形状ディフューザーは、ディフューザー流路断面積を部分負荷状態の下で遭遇する低流量に合わせ、その結果、全負荷設計状態と同様の流れ角及び流速を維持する。
【０００３】
ある従来の冷媒圧縮機のコンセプトは、容量制御を改善するために冷媒を再循環させることを提案した。例えば、Ｂｒａｓｚの特許文献１では、冷媒はディフューザー出口から再循環させられ、羽根車で主流路に再び注入される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５６６９７５６号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の例示的な一実施形態は、遠心冷媒圧縮機システムに関するものである。このシステムは、凝縮器と、蒸発器と、凝縮器と蒸発器の間にあるエコノマイザーとを含む。システムは更に、第１羽根車と、第１羽根車の下流にある第２羽根車とを有する、遠心圧縮機を含む。圧縮機は少なくとも１つのポートを含む。再循環流路とエコノマイザー流路からの流体は、少なくとも１つのポートによって圧縮機の主流路に導入される。
【０００６】
本開示の別の例示的な実施形態は、遠心冷媒圧縮機に関するものである。圧縮機は、第１羽根車と、第１羽根車の下流にある第２羽根車とを含む。圧縮機は更に、再循環流路と流体連通するポートを含み、ポートは、（１）第１及び第２羽根車間の戻り流路に隣接して又は（２）第２羽根車の下流に設けられている。
【０００７】
先行する段落、特許請求の範囲、又は以下の説明及び図面の実施形態、実施例及び代替案（それらの様々な態様又はそれぞれの個々の特徴のいずれかを含む）は、別々に又は任意の組み合わせで用いることができる。一実施形態に関連して説明した特徴は、このような特徴が相いれない場合を除き、全ての実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図面は以下のように簡単に説明することができる。
【図１】本開示による第１の例示的な冷媒システムを模式的に示す。
【図２】第２の例示的な冷媒システムを模式的に示す。
【図３】第３の例示的な冷媒システムを模式的に示す。
【図４】第１の例示的な圧縮機を模式的に示す。
【図５】第２の例示的な圧縮機を模式的に示す。
【図６】第３の例示的な圧縮機を模式的に示す。
【図７】第４の例示的な圧縮機を模式的に示す。
【図８】第５の例示的な圧縮機を模式的に示す。
【図９】第６の例示的な圧縮機を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、第１の例示的な冷媒システム１０を模式的に示す。冷媒システム１０は圧縮機１２を含む。この実施例では、圧縮機１２は、圧縮機１２が２段圧縮機であることを意味する第１及び第２羽根車１４，１６を含む、遠心圧縮機である。第１及び第２羽根車１４，１６は、モータ２０によって回転駆動されるシャフト１８に沿って取り付けられている。モータ２０の速度は、圧縮機１２の容量を（少なくとも部分的に）調整するために調節可能である。圧縮機１２は、冷媒ループＬの内部で流体（この実施例では冷媒）の流れを加圧するように構成されている。
【００１０】
圧縮機１２の下流に、システム１０は、第１及び第２膨張弁２４，２６の上流にある凝縮器２２を含む。第１膨張弁２４はエコノマイザー２８の上流にあり、第１流体流をエコノマイザー２８へ向かわせるために制御装置（図示せず）によって制御可能である。第１流体流は、エコノマイザー２８を通ってエコノマイザー２８の下流にある第２膨張弁２６に向かって流れる第２流体流を冷却する。蒸発器３０が第２膨張弁２６の下流で且つ圧縮機１２の上流に配置されている。
【００１１】
圧縮機１２はエコノマイザー流路Ｅと流体連通しており、エコノマイザー流路Ｅはエコノマイザー２８で冷媒ループＬから供給されている。また、圧縮機１２は再循環流路Ｒと流体連通している。この実施例では、再循環流路Ｒは、例えば圧縮機１２の排出口（又は出口）など、第２羽根車１６の下流の位置で冷媒ループＬから供給されている。エコノマイザー流路Ｅ及び再循環流路Ｒについては、以下で詳細に説明する。
【００１２】
図２は、本開示による他の冷媒システム１１０を示す。システム１０と同様に、システム１１０は、冷媒ループＬ内で流体流を加圧するように構成されている圧縮機１２を含む。圧縮機１２の下流に、システム１１０は凝縮器２２を含み、凝縮器２２は第１及び第２膨張弁１２４，１２６の上流にある。第１及び第２膨張弁１２４，１２６の間に、システム１１０はエコノマイザー１２８を含み、エコノマイザー１２８はこの例では（「フラッシュ」タンクとしても知られる）エコノマイザータンクある。
【００１３】
第１膨張弁１２４はエコノマイザー１２８の上流にあり、第２膨張弁１２６はエコノマイザー１２８と蒸発器３０の間に設けられ、蒸発器３０は圧縮機１２の上流にある。
【００１４】
システム１１０では、圧縮機１２はエコノマイザー流路Ｅと流体連通しており、エコノマイザー流路Ｅはエコノマイザー１２８で冷媒ループＬから供給されている。また、圧縮機１２は再循環流路Ｒと流体連通している。システム１０と同様に、再循環流路Ｒは第２羽根車１６の下流の位置で冷媒ループＬから供給されている。
【００１５】
図３は、エコノマイザーを含まないシステム２１０を示す。システム２１０には、圧縮機１２と、圧縮機１２の下流にある凝縮器２２とがある。エコノマイザーがないので、システム２１０は、凝縮器２２の下流で且つ蒸発器３０の上流にある（弁２６，１２６のような）単独の膨張弁２２４しか含まない。システム２１０は、先に説明した実施例と同様に、第２羽根車１６の下流の位置から供給されている再循環流路Ｒを含む。
【００１６】
図４〜９は、６つの例示的な圧縮機１１２，２１２，３１２，４１２，５１２，６１２を模式的に示す。これらの圧縮機１１２，２１２，３１２，４１２，５１２，６１２の各々は、図１〜３に示されたシステム１０，１１０，２１０のいずれにおいても圧縮機１２として使用することができる。
【００１７】
図４は、第１の例示的な圧縮機１１２を模式的に示す。圧縮機１２は、制御可能な入口案内翼３６を含む入口を３４に含む。入口案内翼３６は、冷媒ループＬからの流体Ｆ１の流れを絞ることによって圧縮機１１２の容量を制御するように構成されている。流体Ｆ１の流路は、本明細書では圧縮機１１２の主流路と称する。本開示の別の実施例では、圧縮機１１２は入口案内翼３６を含まない。
【００１８】
この実施例では、流体Ｆ１は入口３４を通って圧縮機１１２に入り、入口案内翼３６を越えて第１羽根車１４に向かって軸方向に（軸方向Ａに）流れる。第１羽根車１４は流体Ｆ１を加圧し、第１羽根無しディフューザー３８に向かって下流に流体Ｆ１を径方向に（径方向Ｚに）放出する。次に、クロスオーバーベンド４０が、旋回抑制ベーン（ｄｅｓｗｉｒｌ  ｖａｎｅｓ）を含み得る戻り流路４２に向かって径方向内側に流体Ｆ１の向きを変える。
【００１９】
圧縮機１１２は、戻り流路４２に隣接して設けられている（それ自体が多数のガス注入孔によって設けられ得る）ポート４４を含む。この実施例では、ポート４４は、エコノマイザー流路Ｅ及び再循環流路Ｒと流体連通している。エコノマイザー流路Ｅからの流体はＦ２で示され、再循環流路Ｒからの流体はＦ３で示されている。
【００２０】
再循環流体Ｆ３は、流体Ｆ３の流れをポート４４に選択的に導入するために流量調整器３２を通して制御可能である。流量調整器３２は、選んだ時間に流体Ｆ３を流体Ｆ１に導入するために制御装置（図示せず）によって制御される。一実施例では、圧縮機１１２が通常容量で動作している場合、流量調整器３２は閉じられている。通常容量の範囲は設計容量の約４０〜１００％である。しかしながら、比較的低い部分負荷運転容量（例えば、設計容量の約３０％）では、流体Ｆ３が再循環流路Ｒを通ってポート４４に流れるように、制御装置は入口案内翼３６に閉じるように指示し、流量調整器３２に開くように指示する。加えて又は代わりに、制御装置は、一部の実施例では流量調整器３２に圧縮機の始動時に開くように指示することができる。
【００２１】
続けて図４を参照すると、流体Ｆ１〜Ｆ３の混合流は戻り流路４２から戻り流路出口４６へ流れる。次に、混合流体Ｆ１〜Ｆ３は第２羽根車１６によって加圧され、第２羽根無しディフューザー４８に向かって径方向に放出される。最後に、混合流体Ｆ１〜Ｆ３は出口渦形室５０に流れる。しかしながら、出口渦形室５０は渦巻き状である必要はなく、他のタイプの出口が本開示の範囲内にある。
【００２２】
図４の実施例では、再循環流路Ｒは出口渦形室５０とポート４４の間に設けられており、上述したように、流量調整器３２は再循環のために主流路内の流体の一部を選択的に流し出す。再循環流路Ｒは、第２羽根車１４の下流で且つ凝縮器２２の上流の任意の場所を含む、別の場所から供給することもできる。
【００２３】
エコノマイザー流路Ｅ及び／又は再循環流路Ｒからの流体の注入は、下流の要素（例えば第２羽根車１６）がそれらの好適範囲に近い流れを経験できるようにすることによって、部分負荷状態での圧縮機１１２の動作の安定性を増大させる。
【００２４】
図５は、第２の例示的な圧縮機２１２を示す。エコノマイザー流路Ｅと再循環流路Ｒの両方がポート４４と連通している圧縮機１１２とは異なり、圧縮機２１２は第２羽根車１６の下流に第２ポート５２を含む。この実施例では、第２ポート５２は再循環流路Ｒと流体連通しており、第２羽根無しディフューザー４８の近くに流体Ｆ３を注入するように構成されている。圧縮機１１２と同様に、エコノマイザー流路Ｅはポート４４と流体連通している。
【００２５】
ポート４４及び５２を通して流体Ｆ２及びＦ３を注入することにより、負荷軽減（オフロード）状態中の第２段羽根車１６が安定化する。また、流体Ｆ３がポート４４を通して注入される図４と比較して、流体Ｆ３を第２羽根車１６の下流に注入することは、その時点で流体Ｆ３になされた仕事がない（例えば、流体Ｆ３が主流路に導入される前に第２羽根車１６によって加圧されなかった）ため、圧縮機全体効率を向上させる利点を有し得る。
【００２６】
図４〜５の圧縮機１１２，２１２は、比較的狭い動作範囲内ではあるが、高いピーク効率をもたらす。図４〜５の圧縮機１１２，２１２とは異なり、図６〜９の圧縮機３１２，４１２，５１２，６１２は入口案内翼３６を含まない。代わりに、後述のとおり、再循環流路Ｒからの流体を第１羽根車１４の下流に注入することによって容量が制御される。
【００２７】
図６の圧縮機３１２に関して、流体Ｆ１の流れが冷媒ループＬから入口３４に導入される。流体Ｆ１の流れは第１羽根車１４によって加圧され、第１羽根無しディフューザー３８に向けて径方向に放出される。第１羽根無しディフューザー３８に隣接して、この実施例では、再循環ポート５４が再循環流路Ｒからの流体Ｆ３の流れを導入するように配置されている。上述の実施例と同様に、再循環流路Ｒは出口渦形室５０で供給される。
【００２８】
図６の再循環流路Ｒの配置は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、同時係属中の米国特許出願第１４／０９６３９５号に記載される再循環流路Ｒの配置と同じである。第１４／０９６３９５号の出願で説明したように、再循環流路Ｒは再循環渦形室及び複数の注入ノズルと連通していてもよいが、この開示は他のタイプの構成にも及ぶ。
【００２９】
図６を続けて参照すると、圧縮機３１２は、第１羽根無しディフューザー３８の下流に複数の静翼（又は固定羽根）を含む第１羽根付きディフューザー５６を含む。流体Ｆ１及びＦ３の混合流は第１羽根付きディフューザー５６を通ってクロスオーバーベンド４０へ径方向に流れ、クロスオーバーベンド４０は戻り流路４２に向かって径方向に混合流体Ｆ１，Ｆ３の向きを変える。
【００３０】
図４及び５の実施例と同様に、圧縮機３１２は戻り流路４２に隣接したポート４４を含む。ポート４４は、エコノマイザー流路Ｅからの流体Ｆ２を圧縮機３１２に注入するように構成されている。次に、混合流体Ｆ１〜Ｆ３は第２羽根車１６へと下流に流れ、そこで加圧されて径方向に放出される。第２羽根車１６の下流に、圧縮機３１２は、第２羽根無しディフューザー４８と第２羽根付きディフューザー５８とを含む。第２羽根付きディフューザー５８は、第２羽根無しディフューザー４８の下流で且つ出口渦形室５０の上流にある。第１羽根付きディフューザー５６と同様に、第２羽根付きディフューザー５８は静翼を含む。
【００３１】
再循環流路Ｒからの流体Ｆ３の注入は、下流の要素（例えば、第１羽根付きディフューザー５６、第２羽根車１６、第２羽根付きディフューザー５８）がそれらの好適範囲に近い流れを経験できるようにすることによって、部分負荷状態での圧縮機３１２の動作の安定性を増大させる。流体Ｆ２の注入は、ポート４４の下流にある要素、すなわち第２羽根車１６及び第２羽根付きディフューザー５８を更に安定化させる。その結果、流体Ｆ２，Ｆ３を注入することによって、圧縮機３１２の効率的な動作範囲がより低い部分負荷運転状態まで拡張され、サージ状態の可能性が低減される。また、圧縮機３１２は入口案内翼又は可変形状ディフューザーを必要とせず、それにより圧縮機３１２内の機械部品が削減され、信頼性の向上につながる。
【００３２】
図７は、図６の圧縮機３１２と類似の圧縮機４１２を示すが、圧縮機４１２は戻り流路４２に隣接したポート（例えばポート４４など）を含まない。代わりに、圧縮機４１２では、エコノマイザー流路Ｅからの流体Ｆ２と再循環流路Ｒからの流体Ｆ３はそれぞれポート５４を通して圧縮機４１２に導入される。これにより、ポートをなくすことによって圧縮機４１２の構造が単純化される。
【００３３】
図６及び７は静翼を有する第１羽根付きディフューザー５６を含むが、他の圧縮機（例えば図８及び９の圧縮機５１２，６１２など）は第１羽根車１４の下流に可変形状ディフューザー６０を含むことができる。可変形状ディフューザー６０の羽根は、圧縮機５１２，６１２の容量を制御するために調節可能である。圧縮機５１２，６１２は入口案内翼を必要とせずに容量を効率的に制御することができる。
【００３４】
図８は、第１羽根車１４の下流に可変形状ディフューザー６０を含む第１の例示的な圧縮機５１２を示す。圧縮機５１２はまた、第２羽根車１６の下流に羽根付きディフューザー５８を含む。図８に示すように、流体Ｆ２，Ｆ３の流れは、図４の圧縮機１１２と実質的に同じ方法で、戻り流路４２に隣接したポート４４を通して圧縮機１２に注入される。従って、圧縮機５１２の容量が第１羽根車１４の可変形状ディフューザーによって効果的に制御され、一方、圧縮機１１２に関して上述したように、ポート４４を通した流体Ｆ２、Ｆ３の注入が第２羽根車１６を安定化させる。
【００３５】
図９は、第１羽根車１４の下流に可変形状ディフューザー６０を含む第２の例示的な圧縮機６１２を示す。圧縮機６１２は、第２羽根車１６の下流に羽根付きディフューザー５８を含む。図５と同様に、エコノマイザー流路Ｅはポート４４を介して圧縮機１２と流体連通しており、再循環流路Ｒは第２羽根車１６の下流にある第２ポート５２と流体連通している。
【００３６】
圧縮機１１２，２１２，３１２，４１２，５１２，６１２のそれぞれにおいて、エコノマイザー流路Ｅからの流体Ｆ２の流れは、圧縮機の容量に比例した継続的な安定した流れであることができる。
【００３７】
上述のように、一部の実施例では（例えば図３の実施例のようにエコノマイザーがないため）エコノマイザー流路Ｅがない。これらの例では、圧縮機２１２，３１２，６１２はポート４４をなくすことができる（尚、圧縮機１１２及び５１２はポート４４を通して流体Ｆ３を注入するので、エコノマイザー流路Ｅをなくしてもポート４４の必要性がある）。
【００３８】
当然のことながら、「前方」、「後方」、「軸方向」、「径方向」及び「周方向」などの用語は、説明の目的で使用されており、制限的なものとみなされるべきではない。例えば、「概ね」、「実質的に」及び「約」などの用語は、境界のない用語であることが意図されておらず、当業者がその用語を解釈する方法と合致するように解釈されるべきである。
【００３９】
異なる実施例は図に示される特定の構成要素を有するが、本開示の実施形態はそれらの特定の組み合わせに限定されるものではない。１つの実施例のいくつかの構成要素又は特徴を他の実施例の構成要素又は特徴と組み合わせて使用することができる。
【００４０】
当業者は上述の実施形態が例示的且つ非限定的であることを理解するであろう。すなわち、本開示の変更は特許請求の範囲内にある。従って、以下の特許請求の範囲は、その真の範囲及び内容を確定するために検討されるべきである。
【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】
2016539311.tif 000008
【図７】
2016539311.tif 000009
【図８】
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【図９】
2016539311.tif 000011
【国際調査報告】
2016539311.tif 000012