(57)【要約】  暖房、換気、空調及び冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）ユニットのための圧縮機は、インペラと、インペラを回転させるように構成されたシャフトと、締結具とを含む。インペラは、開口部を含み、且つキー、スプライン、ピン又はそれらのいかなる組み合わせも含まない。締結具は、シャフトの端部に結合され、且つインペラの開口部を通して延び）、及び締結具は、圧縮機の組み立て中にテンショナを介してシャフトに対して軸方向に伸張するように構成される。
2020535348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
暖房、換気、空調及び冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）ユニットのための圧縮機であって、
インペラであって、開口部を含み、キー、スプライン、ピン又はそれらのいかなる組み合わせも含まない、インペラと、
前記インペラを回転させるように構成されたシャフトと、
前記シャフトの端部に結合され、且つ前記インペラの前記開口部を通して延びる締結具であって、前記圧縮機の組み立て中にテンショナを介して前記シャフトに対して軸方向に伸張するように構成される、締結具と
を含む圧縮機。
【請求項２】
前記開口部は、前記インペラの表面の中心を通して延びる、請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記締結具は、ねじ付きスタッド、タイボルト又はそれらの任意の組み合わせである、請求項１に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記インペラの表面に対して配置されるように構成されたワッシャを含み、前記締結具は、前記ワッシャを通して延びるように構成される、請求項１に記載の圧縮機。
【請求項５】
ナットは、ねじ山を介して前記締結具に結合する、請求項４に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記ナットの前記ねじ山は、前記締結具の前記伸張に対応するように、前記締結具の前記ねじ山よりも緩い公差のピッチを含む、請求項５に記載の圧縮機。
【請求項７】
前記ナットは、前記締結具が伸張されている間に前記締結具に沿ってさらに締め付けられ得る、請求項６に記載の圧縮機。
【請求項８】
前記開口部は、第１の直径及び第２の直径を含み、前記第１の直径は、前記第２の直径より小さく、前記第１の直径は、ナットの第３の直径より小さい、請求項１に記載の圧縮機。
【請求項９】
摩擦調整剤は、前記インペラと前記シャフトとの間の表面に配置される、請求項１に記載の圧縮機。
【請求項１０】
前記締結具及び前記シャフトは、高張力鋼を含む、請求項１に記載の圧縮機。
【請求項１１】
前記締結具は、前記締結具の２つの端部間において、縮径されたねじ山のない長さを含む、請求項１に記載の圧縮機。
【請求項１２】
インペラを圧縮機のためのシャフトに結合する方法であって、
前記インペラの開口部を通して締結具を挿入することであって、前記締結具の第１の端部は、前記シャフトの第２の端部に結合される、挿入することと、
ナットが前記インペラの表面に対して配置されるように前記締結具の第３の端部に前記ナットを結合することと、
前記締結具を軸方向に前記シャフトから離れるように伸張させることと、
前記締結具が伸張位置にある間に前記締結具に沿って前記ナットを締め付けることと
を含む方法。
【請求項１３】
前記締結具を伸張させることは、前記インペラに対してテンショナを挿入することを含み、前記テンショナは、前記締結具に結合するように構成されたグリップと、前記ナットに結合するように構成された締め付け要素とを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記締結具が前記伸張位置にある間に前記締結具に沿って前記ナットを締め付けることは、前記ナットが前記インペラの前記表面に接触するまで前記ナットを前記締結具にさらに螺合させるために前記締め付け要素を回転させることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記締結具を伸張させることは、前記グリップを軸方向に前記シャフトから離れるように向かわせるために前記テンショナ内に流体を向かわせることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記締結具が前記伸張位置にあるときに前記締結具に沿って前記ナットを締め付けた後、前記締結具を軸方向に前記シャフトに向かって圧縮することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
インペラを圧縮機のシャフトに結合するためのシステムであって、
締結具であって、前記締結具の第１の端部において前記シャフトの端部に結合するように構成され、ねじ付きスタッド、タイボルト又はそれらの任意の組み合わせである、締結具と、
前記締結具の第２の端部において前記締結具に結合するように構成されたナットと、
前記締結具を伸張させるように構成されたテンショナであって、前記インペラの表面に対して配置されるように構成される、テンショナと
を含むシステム。
【請求項１８】
前記テンショナは、前記締結具の前記第２の端部に結合するように構成されたグリップを含み、前記テンショナは、前記締結具を伸張させるために流体圧力を介して軸方向に移動するように構成される、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記テンショナは、前記ナットに結合するように構成され、且つ回転するように構成された締め付け要素を含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記締結具は、ねじ山を介して前記シャフトに結合される、請求項１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年９月２７日に出願された「ＫＥＹＬＥＳＳ  ＩＭＰＥＬＬＥＲ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ」という名称の米国仮特許出願第６２／５６３，９６８号明細書及び２０１７年１２月２７日に出願された「ＫＥＹＬＥＳＳ  ＩＭＰＥＬＬＥＲ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ」という名称の米国仮特許出願第６２／６１０，７８５号明細書の優先権及び利益を主張するものであり、これらの特許出願は、その全体があらゆる目的のために参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本出願は、概して、空調及び冷凍用途に組み込まれる蒸気圧縮システムに関し、より詳細には、蒸気圧縮システムのためのインペラシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
蒸気圧縮システムは、住宅、商業及び産業環境で利用されて、それぞれの環境の居住者のために温度及び湿度などの環境特性を制御する。蒸気圧縮システムは、一般に冷媒と呼ばれる作動流体を循環させ、冷媒は、蒸気圧縮システムの動作に関連する異なる温度及び圧力にさらされることに応じて蒸気、液体及びそれらの組み合わせ間で相が変化する。例えば、蒸気圧縮システムは、圧縮機を利用して冷媒を熱交換器に循環させ、熱交換器は、冷媒と、熱交換器を通して流れる別の流体との間で熱を伝達し得る。圧縮機は、冷媒の循環を促進するために取り付けられたインペラの回転を駆動するシャフトを含む。インペラは、キー、ピン又はスプラインを介してシャフトに結合され、キー、ピン又はスプラインは、製造上の公差のために加工が難しい場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態では、暖房、換気、空調及び冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）ユニットのための圧縮機は、インペラと、インペラを回転させるように構成されたシャフトと、締結具とを含む。インペラは、開口部を含み、且つキー、スプライン、ピン又はそれらのいかなる組み合わせも含まない。締結具は、シャフトの端部に結合され、且つインペラの開口部を通して延び、締結具は、圧縮機の組み立て中にテンショナを介してシャフトに対して軸方向に伸張するように構成される。
【０００５】
別の実施形態では、インペラを圧縮機のためのシャフトに結合する方法は、インペラの開口部を通して締結具を挿入することであって、締結具の第１の端部は、シャフトの第２の端部に結合される、挿入することと、ナットがインペラの表面に対して配置されるように締結具の第３の端部にナットを結合することと、締結具を軸方向にシャフトから離れるように伸張させることと、締結具が伸張位置にある間に締結具に沿ってナットを締め付けることとを含む。
【０００６】
別の実施形態では、インペラを圧縮機のシャフトに結合するシステムは、締結具であって、締結具の第１の端部においてシャフトの端部に結合するように構成された締結具と、締結具の第２の端部において締結具に結合するように構成されたナットと、締結具を伸張させるように構成されたテンショナであって、インペラの表面に対して配置されるように構成される、テンショナとを含む。締結具は、ねじ付きスタッド、タイボルト又はそれらの任意の組み合わせである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の一態様による、商業的環境において暖房、換気、空調及び冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムを利用し得る建物の一実施形態の斜視図である。
【図２】本開示の一態様による、蒸気圧縮システムの斜視図である。
【図３】本開示の一態様による、図２の蒸気圧縮システムの一実施形態の概略図である。
【図４】本開示の一態様による、図２の蒸気圧縮システムの一実施形態の概略図である。
【図５】本開示の一態様による、図２から図４の蒸気圧縮システムで利用される圧縮機インペラアセンブリの一実施形態の断面図である。
【図６】本開示の一態様による、圧縮機のシャフトに図５のインペラを結合するために利用されるテンショナの一実施形態の断面図である。
【図７】本開示の一態様による、図５のインペラを圧縮機のシャフトに結合するためのプロセスの一実施形態のブロック図である。
【図８】本開示の一態様による、図６のテンショナを使用して図５のインペラシステムの締結具を伸張させるためのプロセスの一実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
１つ又は複数の特定の実施形態を以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供するために、実際の実装形態のすべての特徴が本明細書に記載されているわけではない。任意のそのような実際の実装形態の開発において、任意のエンジニアリング又は設計プロジェクトにおけるように、実装形態によって異なり得るシステム関連及びビジネス関連の制約の遵守など、開発者の特定の目標を達成するために、実装形態に固有の多数の決定が行われる必要があることを理解されたい。さらに、そのような開発努力は、複雑で時間がかかり得るが、それにもかかわらず、本開示の利益を有する当業者にとって設計、製作及び製造の日常的な作業であることを理解されたい。
【０００９】
本開示の実施形態は、冷媒ループを通して冷媒を循環させるために圧縮機を使用する暖房、換気、空調及び冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システムを対象としている。圧縮機は、冷媒ループに沿ってＨＶＡＣ＆Ｒシステムの凝縮器に結合され得る。圧縮機は、冷媒の圧力を高めるために冷媒を圧縮し、冷媒を凝縮器に向かわせることができる。冷媒は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの凝縮器に向かって流れ、凝縮器内の作動流体に熱を伝達し得る。いくつかの実施形態では、圧縮機は、遠心圧縮機であり、冷媒を循環及び圧縮するために比較的高速で回転するインペラを含み得る。遠心圧縮機では、インペラは、冷媒の圧縮を可能にするために冷媒に遠心力を与え得る。
【００１０】
遠心圧縮機のインペラは、モータによって高速で回転されるシャフトに結合され得る。典型的には、インペラは、キー、スプライン、ピン又はそれらの組み合わせを介してシャフトに結合され、キー、スプライン、ピン又はそれらの組み合わせがシャフトからインペラにトルクを伝達する。したがって、シャフトが回転するとインペラも回転する。しかしながら、キー、スプライン又はピンに対応するようにインペラ及びシャフトを機械加工することは、複雑であり、高価であり、時間がかかり得る。インペラは、高速で回転するため、キー、スプライン又はピンは、シャフトの回転によってインペラに過度の応力が生じないように機械加工され得る。例えば、キー、スプライン又はピンの機械加工は、キー、スプライン又はピンからの干渉なしにインペラをシャフトに結合可能とするのに十分に精密であり得る。そのため、そのような精度を達成するために機械加工中に生じる困難が存在し得る。加えて、既存のシステムの組み立てには、シャフトにトルクを与え、それによりシャフトの回転を阻止しながらシャフトにインペラを結合することが含まれ得る。そのため、シャフトは、結合プロセスを容易にするために所定の位置に保持されることがあり、それにより組み立ての複雑さがさらに高まる場合がある。
【００１１】
本開示の特定の実施形態によれば、ここで、インペラをシャフトに結合する新しい方法が圧縮機の組み立てを容易にし得ることが認識されている。すなわち、インペラをシャフトに結合するのにキー、スプライン又はピンを使用しない方法により、圧縮機の製造及び組み立ての組み立て時間及び／又はコストが削減され得る。
【００１２】
このために、本開示の実施形態は、締結具の第１の端部がシャフトに結合されるように締結具に螺合し得るシャフトを対象としている。インペラの開口部は、インペラ（例えば、インペラの表面）がシャフトの面に当接するように、締結具の第２の端部を覆って配置され得る。ナットは、締結具の残りの長さに結合して、インペラをシャフトにクランプし得る。テンショナ（例えば、油圧テンショナ）は、ナットの締結具への固定を促進し、インペラとシャフトとの間に所定量の力を加えることができる。本明細書で使用される場合、テンショナは、締結具及び／又はシャフトを画定する軸方向に締結具を伸張させる力を加えるように構成された任意の装置又は機構を指す。本開示は、主に油圧テンショナの使用に焦点を当てているが、機械式テンショナ、電気式テンショナ、軸力を締結具に加えるように構成された別の適切な装置又はそれらの任意の組み合わせなどの他のタイプの装置が、締結具を伸張させ、ナットが締結具にさらに締め付けられることを可能にするために使用され得ることを理解されたい。このようにして、機械加工されたキー、スプライン又はピンを排除することができ、シャフトに加えられるトルクが組み立て中に使用されなくなり、ナットを締結具に固定しやすくし得る。本方法により、インペラをより空気力学的に優れたものにすることもできる。例えば、インペラは、インペラの中心を通る単一の開口部を含むことができ、これにより、キー、スプライン及び／又はピンを含むインペラと比較したときに冷媒の流れの抵抗を減らすことができる。さらに、キー、スプライン及び／又はピンが存在しないことにより、アセンブリの慣性モーメントが減少して、インペラの回転が容易になり得る。そのため、圧縮機の効率を高くすることができ、エネルギーコストを削減できる。
【００１３】
ここで、図面を参照すると、図１は、典型的な商業的環境における建物１２の暖房、換気、空調及び冷凍（ＨＶＡＣ＆Ｒ）システム１０のための環境の一実施形態の斜視図である。ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０は、建物１２を冷却するために使用され得る冷却された液体を供給する蒸気圧縮システム１４を含み得る。ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０はまた、建物１２を加熱する温かい液体を供給するボイラー１６と、建物１２を通して空気を循環させる空気分配システムとを含み得る。空気分配システムは、空気戻りダクト１８、空気供給ダクト２０及び／又は空気調和機２２も含むことができる。いくつかの実施形態では、空気調和機２２は、導管２４によってボイラー１６及び蒸気圧縮システム１４に接続された熱交換器を含み得る。空気調和機２２の熱交換器は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０の動作モードに応じて、ボイラー１６からの加熱された液体又は蒸気圧縮システム１４からの冷却された液体のいずれかを受けることができる。ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０は、建物１２の各フロアに個別の空気調和機を備えて示されているが、他の実施形態では、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０は、フロア間で共有され得る空気調和機２２及び／又は他のコンポーネントを含み得る。
【００１４】
図２及び図３は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステム１０で使用され得る蒸気圧縮システム１４の実施形態である。蒸気圧縮システム１４は、圧縮機３２から始まる回路に冷媒を循環させることができる。回路は、凝縮器３４、膨張弁又は膨張装置３６及び液体チラー又は蒸発器３８も含み得る。蒸気圧縮システム１４は、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器４２、マイクロプロセッサ４４、不揮発性メモリ４６及び／又はインターフェースボード４８を有する制御盤４０をさらに含み得る。
【００１５】
蒸気圧縮システム１４において冷媒として使用され得る流体のいくつかの例としては、Ｒ−４１０Ａ、Ｒ−４０７、Ｒ−１３４ａ、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）などのハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）系の冷媒、アンモニア（ＮＨ３）Ｒ−７１７、二酸化炭素（ＣＯ２）、Ｒ−７４４若しくは炭化水素系の冷媒、水蒸気などの「自然系」冷媒又は任意の他の適切な冷媒が挙げられる。いくつかの実施形態では、蒸気圧縮システム１４は、Ｒ−１３４ａなどの中圧冷媒に対して低圧冷媒とも呼ばれる、１気圧の圧力で摂氏約１９度（華氏６６度）の標準沸点を有する冷媒を効率的に利用するように構成され得る。本明細書で使用される場合、「標準沸点」は、１気圧の圧力で測定された沸点温度を指し得る。
【００１６】
いくつかの実施形態では、蒸気圧縮システム１４は、可変速ドライブ（ＶＳＤ）５２、モータ５０、圧縮機３２、凝縮器３４、膨張弁若しくは膨張装置３６及び／又は蒸発器３８の１つ又は複数を使用し得る。モータ５０は、圧縮機３２を駆動でき、可変速ドライブ（ＶＳＤ）５２により駆動され得る。ＶＳＤ  ５２は、ＡＣ電源から特定の固定ライン電圧及び固定ライン周波数を有する交流（ＡＣ）電力を受け、可変電圧及び周波数を有する電力をモータ５０に提供する。他の実施形態では、モータ５０は、ＡＣ又は直流（ＤＣ）電源から直接電力を供給され得る。モータ５０は、スイッチドリラクタンスモータ、誘導モータ、電子整流永久磁石モータ又は別の適切なモータなど、ＶＳＤによって駆動され得るか、又はＡＣ若しくはＤＣ電源から直接電力を供給され得る任意のタイプのモータを含み得る。
【００１７】
圧縮機３２は、冷媒蒸気を圧縮し、蒸気を、放出通路を介して凝縮器３４に送達する。いくつかの実施形態では、圧縮機３２は、遠心圧縮機であり得る。圧縮機３２によって凝縮器３４に送達される冷媒蒸気は、凝縮器３４内の冷却流体（例えば、水又は空気）に熱を伝達し得る。冷媒蒸気は、冷却流体との熱伝達の結果、凝縮器３４で凝縮して冷媒液になり得る。凝縮器３４からの液体冷媒は、膨張装置３６を通して蒸発器３８に流れ得る。図３に示された実施形態では、凝縮器３４は、水冷され、且つ冷却塔５６に接続されたチューブバンドル５４を含み、冷却塔５６が冷却流体を凝縮器に供給する。
【００１８】
蒸発器３８に送達された液体冷媒は、別の冷却流体からの熱を吸収することもでき、この別の冷却流体は、凝縮器３４で使用される冷却流体と同じであってもそうでなくてもよい。蒸発器３８内の液体冷媒は、液体冷媒から冷媒蒸気への相変化を経ることもできる。図３に示された実施形態に示されるように、蒸発器３８は、冷却負荷６２に接続された供給ライン６０Ｓ及び戻りライン６０Ｒを有するチューブバンドル５８を含み得る。蒸発器３８の冷却流体（例えば、水、エチレングリコール、塩化カルシウムブライン、塩化ナトリウムブライン又は任意の他の適切な流体）は、戻りライン６０Ｒを介して蒸発器３８に入り、供給ライン６０Ｓを介して蒸発器３８を出る。蒸発器３８は、冷媒との熱伝達によりチューブバンドル５８内の冷却流体の温度を下げることができる。蒸発器３８のチューブバンドル５８は、複数のチューブ及び／又は複数のチューブバンドルを含み得る。いずれの場合にも、蒸気冷媒は、蒸発器３８を出て、吸引ラインにより圧縮機３２に戻ってサイクルを完了する。
【００１９】
図４は、凝縮器３４と膨張装置３６との間に組み込まれた中間回路６４を備えた蒸気圧縮システム１４の概略図である。中間回路６４は、凝縮器３４に直接流体接続される入口ライン６８を有し得る。他の実施形態では、入口ライン６８は、凝縮器３４に間接的に流体的に結合され得る。図４に示された実施形態に示されるように、入口ライン６８は、中間容器７０の上流に配置された第１の膨張装置６６を含む。いくつかの実施形態では、中間容器７０は、フラッシュタンク（例えば、フラッシュインタークーラー）であり得る。他の実施形態では、中間容器７０は、熱交換器又は「サーフェスエコノマイザ」として構成され得る。図４に示された実施形態では、中間容器７０は、フラッシュタンクとして使用され、第１の膨張装置６６は、凝縮器３４から受けた液体冷媒の圧力を下げる（例えば、膨張させる）ように構成される。膨張プロセス中、液体の一部が蒸発し得、したがって中間容器７０を使用して、第１の膨張装置６６から受けた液体から蒸気を分離できる。加えて、中間容器７０は、中間容器７０に入るときに液体冷媒が経る圧力低下（例えば、中間容器７０に入るときに経る体積の急激な増加に起因する圧力低下）のために、液体冷媒のさらなる膨張をもたらすことができる。中間容器７０内の蒸気は、圧縮機３２により、圧縮機３２の吸引ライン７４を介して引き込まれ得る。他の実施形態では、中間容器内の蒸気は、圧縮機３２の中間段（例えば、吸引段以外）に引き込まれ得る。中間容器７０に集まる液体は、膨張装置６６及び／又は中間容器７０における膨張のために、凝縮器３４を出る液体冷媒よりも低いエンタルピーにあり得る。次いで、中間容器７０からの液体は、ライン７２を流れて、第２の膨張装置３６を通して蒸発器３８に流れ得る。
【００２０】
上述のように、圧縮機３２などの圧縮機は、蒸気圧縮システム１４を通る冷媒の循環を可能にするためにインペラを使用し得る。例えば、インペラは、回転中に冷媒をインペラの中心に向かって圧縮機３２内に引き込むブレードを含み得る。インペラは、冷媒が圧縮機ハウジングを通して流れると冷媒の速度及び運動エネルギーが増加するように、冷媒に遠心力を与えることができる。高速の冷媒は、冷媒の運動エネルギーを圧力に変換し、それにより冷媒を圧縮し得るディフューザに向けられる。いくつかの実施形態では、インペラは、シャフトがインペラの回転を駆動するように圧縮機の回転シャフトに結合し得る。本開示は、インペラをシャフトに固定する改善された方法を含む。例えば、本方法は、締結具をシャフトの一方の端部に、例えばねじ山を介して結合することと、締結具を、インペラの中心を通る開口部に挿入することと、シャフトとインペラとを互いにクランプするためにナットを締結具に螺合させることとを含み得る。本方法は、ナットを締結具に螺合させ、インペラとシャフトとの間に所定量の力を加えるためにテンショナを使用することも含み得る。
【００２１】
図５は、インペラアセンブリ１００の一実施形態の側断面図である。図５に示された実施形態に示されるように、インペラアセンブリ１００は、インペラ１０２と、シャフト１０４と、締結具１０６とを含む。いくつかの実施形態では、シャフト１０４及び締結具１０６は、それぞれ円筒形であり得、締結具１０６の直径は、シャフト１０４の直径より小さい。締結具１０６は、第１の端部１０７及び第２の端部１０９に外部又は雄ねじ山を含み得る。シャフト１０４の端部１１１には、締結具１０６の第１の端部１０７がシャフト開口部１１３内に挿入及び螺入され得るように、内部又は雌ねじ山を備えたシャフト開口部１１３が存在し得る。締結具１０６がシャフト１０４に完全に挿入されるか又は螺入されると、締結具１０６の長さの少なくとも一部１１５が露出され得る。すなわち、締結具１０６とシャフト１０４とが互いに結合されると、締結具１０６の第２の端部１０７がシャフト開口部１１３に挿入されずに露出したままとなり得る。
【００２２】
締結具１０６の第２の端部１０９は、インペラ１０２の中心を通して延びる開口部１１７に挿入され得る。いくつかの実施形態では、インペラ１０２は、アルミニウム又はアルミニウム合金から作られて、インペラ１０２の強度を高め、インペラ１０２が比較的低い重量を維持しながら圧縮機の動作条件に耐えることを可能にし得る。インペラ１０２は、締結具１０６がインペラ１０２内に配置及び支持され得るように、インペラ１０２の本体を通して延びる開口部１１７を含み得る。いくつかの実施形態では、開口部１１７は、インペラ１０２の中心を通して延びることができる。開口部１１７は、開口部１１７が軸１０８に沿ってインペラ１０２を通して延びるのに伴って異なる直径を有する部分も含み得る。
【００２３】
例えば、開口部１１７は、インペラの第１の長さ１１９にわたって延びることができる第１の直径部分１１８を含み得る。加えて、開口部１１７は、インペラ１０２の第２の長さ１２１にわたって延びることができる開口部の第２の直径部分１２０を含み得る。第２の直径部分１２０は、第１の直径部分１１８と比較してより大きい直径を有する部分であり得る。締結具１０６の一部が第１の直径部分１１８に挿入され得る。締結具１０６が開口部１１７に挿入されると、シャフト１０４の表面１１０がインペラ１０２に接触し得る。インペラ１０２は、インペラ１０２と表面１１０との間のインターフェースとして機能するリップ１２５を含み得る。そのため、シャフト１０４は、インペラ１０２と実質的に整列され得る。換言すれば、シャフト１０４、インペラ１０２及び締結具１０６は、すべて軸１０８に沿って互いに同軸に整列している。
【００２４】
追加的又は代替的に、摩擦調整剤は、インペラ１０２のトルク容量を高めるために表面１１０上に配置され得る。例えば、インペラ１０２とシャフト１０４との間の摩擦係数は、表面１１０上に摩擦調整剤材料を配置することにより増加し得る。場合により、液体（例えば、水、油又は潤滑剤）が表面１１０に存在すると、インペラ１０２とシャフト１０４との間の摩擦係数が低下する。摩擦係数は、液体が表面１１０に存在しない状態（例えば、乾燥状態）と比較した場合、１％〜５０％、５％〜３０％又は１５％〜２５％低下し得る。表面１１０上に摩擦調整剤（例えば、炭化ケイ素又はダイヤモンド粒子）を含むことにより、表面１１０上に液体が存在するかどうかに関係なく、乾燥状態と比較してインペラ１０２とシャフト１０４との間の摩擦係数が増加し得る。例えば、摩擦調整剤は、表面１１０での摩擦係数を増加させるためにインペラ１０２とシャフト１０４との間の表面１１０上のキーとして作用し得る。いくつかの実施形態では、摩擦調整剤は、液体形態及び／又はゲル形態で表面１１０上に噴霧され得る。追加的又は代替的に、摩擦調整剤は、接着剤を使用して粉末として表面１１０に塗布され得る。いずれの場合にも、摩擦調整剤は、インペラ１０２とシャフト１０４との間の表面１１０での成績係数を高めるために表面１１０で圧縮される。したがって、インペラ１０２のトルク容量が増加する。
【００２５】
挿入されると、締結具１０６の一部は、締結具１０６の第２の端部１０９上のねじ山の少なくとも一部１１５が開口部１１７の第２の直径部分１２０からアクセス可能であるように、開口部１１７の第２の直径部分１２０を越えて延びることができる。開口部１１７の第２の直径部分１２０は、ナット１１２及びワッシャ１１４を、締結具１０６の第２の端部１０９を覆って配置及び／又は結合することを可能にし得る。第１の直径部分１１８から第２の直径部分１２０への移行は、インペラ１０２に対するワッシャ１１４及び／又はナット１１２のための取付面１１６を形成し得る。ワッシャ１１４は、取付面１１６を押し付けることができ、ナット１１２及び締結具１０６は、ねじによって互いに固定される。加えて、ナット１１２は、ワッシャ１１４を締め付けて、インペラ１０２に力を加え、インペラ１０２をシャフト１０４に固定し得る。
【００２６】
コンポーネントを最初に結合した後、締結具１０６は、軸１０８に沿って方向１２４に伸張（例えば、弾性変形）されて、インペラ１０２をシャフト１０４に固定し、インペラ１０２とシャフト１０４との間に所定量の力を加えることができる。いくつかの実施形態では、締結具１０６及びナット１１２は、特定の方式で設計され得る。例えば、締結具１０６を伸張させることにより、締結具１０６に沿った隣接するねじ山が伸張時に互いにさらに間隔を空けるように、締結具１０６のねじ山も伸張させ得る。したがって、締結具１０６及びナット１１２上のねじ山は、それぞれ非標準ピッチを含んで、締結具１０６が伸張されたときにナット１１２が締結具１０６に螺合されることを可能にし得る。すなわち、ナット１１２は、締結具の隣接するねじ山間の増大した間隔に対応し、締結具１０６が伸張位置にあるときにナット１１２が締結具１０６にさらに締め付けられることを可能にするねじ山を含み得る。
【００２７】
さらに、締結具１０６は、ねじ山のない本体部分１２６を含み得る。本体部分１２６は、締結具１０６の伸張中、伸張から生じる引張応力が本体部分１２６に集中するように、ねじ山のある第１の端部１０７及び第２の端部１０９よりも小さい直径を有し得る。本体部分１２６に応力を集中させることにより、伸張中に締結具１０６の第１の端部１０７及び第２の端部１０９でねじ山がつぶれることが回避される。
【００２８】
さらに、締結具１０６は、インペラ１０２の開口部１１７内の表面との接触を維持するために大きくされた直径を有するネック部分１２８（例えば、本体部分１２６の一部）を含み得る。すなわち、締結具１０６の本体部分１２６の大部分は、インペラ１０２の第１の直径部分１１８の直径よりも小さい直径を有する。ただし、ネック部分１２８は、滑り嵌めインターフェースなど、開口部１１７の第１の直径部分１１８の壁との接触を維持するようなサイズにされ得る。したがって、ネック部分１２８により、伸張中に締結具１０６がインペラ１０２の開口部１１７の略中央に留まることが確保される。
【００２９】
さらに、締結具１０６、シャフト１０４、ワッシャ１１４及びナット１１２は、合金鋼などの高張力鋼から作られ得る。高張力鋼は、インペラアセンブリ１００の強度を高め、インペラアセンブリ１００が締結具１０６の伸張と圧縮機の動作との両方から生じ得る力に耐えることを可能にし得る。締結具１０６の本体部分１２６及びネック部分１２８、締結具１０６、シャフト１０４、ワッシャ１１４及びナット１１２の材料並びに締結具１０６及びナット１１２の非標準ピッチにより、圧縮機の伸張状態及び動作状態中、締結具１０６、シャフト１０４、ワッシャ１１４及びナット１１２の寿命を延ばすことができる。
【００３０】
図６は、締結具１０６を伸張させるために使用され得る装置の一実施形態の断面図である。図６に示された実施形態に示されるように、テンショナ１５０がインペラ１０２及び締結具１０６に結合される。テンショナ１５０は、インペラ１０２の開口部１１７（例えば、第２の直径部分１２０）に部分的に挿入され得る。テンショナ１５０は、テンショナ１５０が締結具１０６を覆って完全に挿入されたときにワッシャ１１４に接触するシェル１５２を含み得る。そのため、締結具１０６の一部１１５は、テンショナ１５０に完全に挿入され得る。シェル１５２内において、テンショナ１５０は、例えば、ねじ山を介して締結具１０６の第２の端部１０９に固定するグリップ１５４を含み得る。テンショナ１５０がインペラ１０２に対して配置されると、グリップ１５４は、軸方向に移動することが可能になり得る。例えば、グリップ１５４は、方向１２４に移動し、締結具１０６を方向１２４に伸張させ得る。いくつかの実施形態では、テンショナ１５０は、油圧テンショナであり得、グリップ１５４を方向１２４に動かすために流体が使用され得る。例えば、油圧流体源（図示せず）が入口１５１においてテンショナ１５０に結合され、入口１５１からテンショナ１５０に流体を供給して、部材１５５を方向１２４に向けて、グリップ１５４の方向１２４における動きを駆動できる。
【００３１】
さらに、シェル１５２は、ナット１１２に取り付けられる締め付け要素１５６を含むことができ、ナット１１２を、軸１０８を中心として円周方向１５９に回転させるように構成され得る。したがって、締め付け要素１５６は、ナット１１２を締結具１０６に螺合させるために利用される。例えば、グリップ１５４が締結具１０６を方向１２４に向かわせる（例えば、伸張させる）と、締め付け要素１５６が円周方向１５９に回転されて、締結具にナット１１２を締め付け、ワッシャ１１４及びナット１１２を方向１２４とは反対の方向１６１に駆動する。締め付け要素１５６を回転させるために、締め付け要素１５６は、締め付け要素１５６の直径に沿って及び／又はそれを通して延びることができる穴１５７を含み得る。加えて、シェル１５２は、締め付け要素１５６の穴１５７へのアクセスを可能にするアクセス箇所１５８も含み得る。したがって、ツール１６０が穴１５７に挿入され、レバーとして機能して、締め付け要素１５６の回転を可能にし得る。締め付け要素１５６が軸１０８を中心として円周方向１５９に回転されると、締め付け要素１５６は、ナット１１２にトルクを与え、ナット１１２を同様に回転させることができる。図６は、ツール１６０をアレンレンチとして示しているが、ツール１６０は、締め付け要素１５６の穴１５７に挿入され得る任意の他のコンポーネント又は装置であり得る。
【００３２】
図７は、テンショナ１５０で締結具１０６を伸張させることにより、インペラ１０２をシャフト１０４に確実にクランプするための方法２００の一実施形態の流れ図である。例えば、ブロック２１０において、インペラ１０２、シャフト１０４、締結具１０６、ワッシャ１１４及びナット１１２が互いに結合される。具体的には、締結具１０６の第１の端部１０７は、シャフト１０４の開口部１１３に挿入及び螺入され得る。第１の端部１０７が挿入されると、締結具１０６の第２の端部１０９は、シャフト１０４の外側に留まる。締結具１０６の第２の端部１０９の一部１１５は、シャフト１０４の表面１１０がインペラ１０２と接触するまでインペラ１０２の開口部１１７に挿入され得る。次いで、ワッシャ１１４及びナット１１２が締結具１０６の第２の端部１０９に結合され得る。いくつかの実施形態では、ワッシャ１１４は、取付面１１６に接触するまで挿入され得る。次いで、ナット１１２は、ワッシャ１１４に接触してこれを締め付けるまで締結具１０６に螺合され得る。
【００３３】
ブロック２２０において、締結具１０６がテンショナ１５０を介して伸張される。いくつかの実施形態では、テンショナ１５０は、油圧テンショナである。すなわち、テンショナ１５０の入口１５１に結合された流体源を使用するなどして、流体がテンショナ１５０に送達され得る。流体源は、流体をテンショナ１５０に向かわせることができ、それにより最終的にグリップ１５４を方向１２４に動かす圧力を生じる。グリップ１５４が方向１２４に移動すると、グリップ１５４も締結具１０６を方向１２４に伸張させる。締結具１０６が伸張されるにつれて、締結具１０６に結合されているワッシャ１１４及びナット１１２も方向１２４にシャフト１０４から離れて移動し得る。すなわち、ワッシャ１１４が取付面１１６でインペラ１０２と接触しなくなり得る。そのため、ブロック２３０に示されるように、ワッシャ１１４が取付面１１６に接触するまでナット１１２を締め付け要素１５６で螺合することにより、ナット１１２が締結具１０６にさらに締め付けられ得る。流体がテンショナ１５０から放出されてテンショナ１５０内の圧力を解放する場合など、締結具１０６が伸張されなくなると、締結具１０６は、方向１６１に圧縮され、インペラ１０２をシャフト１０４にさらに固定するためにクランプ力を生じる。そのため、インペラ１０２とシャフト１０４との間に２５，０００ポンド毎平方インチ（ｐｓｉ）〜１５０，０００ｐｓｉ、３０，０００〜１２０，０００ｐｓｉ又は３５，０００〜１００，０００ｐｓｉの力を加えることができる。
【００３４】
図８は、図６のテンショナ１５０を使用して締結具１０６を伸張させるための方法２７０の一実施形態をより詳細に説明する流れ図である。ブロック２８０において、テンショナ１５０のシェル１５２がワッシャ１１４と接触するまで、テンショナ１５０がインペラ１０２の開口部１１７（例えば、第２の直径部分１２０）に部分的に挿入される。テンショナ１５０がインペラ１０２と接触しているとき、グリップ１５４は、締結具１０６に結合され、締め付け要素１５６は、ナット１１２に結合され得る。いくつかの実施形態では、テンショナ１５０は、油圧テンショナであり、流体源は、入口１５１などを介してテンショナ１５０に結合され得る。したがって、テンショナ１５０と流体源とは、互いに流体連通している。
【００３５】
コンポーネントを結合した後、テンショナ１５０は、ブロック２９０に示されるように、締結具１０６を伸張させ得る。例えば、テンショナ１５０のグリップ１５４は、方向１２４に移動し、したがって締結具１０６に軸力を加え、締結具１０６を同じ方向１２４に向かわせることができる。いくつかの実施形態では、グリップ１５４は、油圧による力のために移動し得る。すなわち、流体がテンショナ１５０に送達され得る。流体は、テンショナ１５０内に圧力を加えて、部材１５５を移動させ、それによりグリップ１５４を方向１２４に移動させ得る。グリップ１５４は、締結具１０６に結合されているため、グリップ１５４は、締結具１０６の端部１０９に引張力を加え、これにより締結具１０６が方向１２４に伸張される。締結具１０６を方向１２４に伸張させることにより、ワッシャ１１４は、インペラ１０２の取付点１１６と接触しなくなり得る。
【００３６】
ワッシャ１１４は、もはやインペラ１０２と接触していないため、ワッシャ１１４に直接隣接して配置されたナット１１２は、インペラ１０２への挿入に対して締め付けられ得る。例えば、締め付け要素１５６は、シャフト１０４に対してインペラ１０２をさらに締め付けるようにナット１１２を回転させることを容易にし得る。いくつかの実施形態では、ツール１６０が使用されて、締め付け要素１５６を、軸１０８を中心として円周方向１５９に回転させ、それにより締め付け要素１５６も回転させることができる。締め付け要素１５６は、ナット１１２に結合されているため、締め付け要素１５６の回転は、トルクをナット１１２に伝達してナット１１２を回転させることができる。次いで、ナット１１２の回転は、ワッシャ１１４が取付点１１６と再び接触するように移動するように、方向１２４とは反対の方向１６１にナット１１２を移動させ得る。
【００３７】
ナット１１２及びワッシャ１１４がインペラ１０２に固定された後、ブロック３１０に示されるように、テンショナ１５０を取り外すことにより、締結具１０６の伸張が解除され得る。例えば、テンショナ１５０が油圧テンショナである場合、例えば、流体を流体源に再び向かわせることにより、圧力がテンショナ１５０の内部から解放され得る。圧力が解放されると、グリップ１５４は、方向１２４とは反対の方向１６１に移動することにより、その開始位置に戻ろうとし得る。グリップ１５４が動くと、それにより締結具１０６が方向１６１に圧縮される。この圧縮は、ワッシャ１１４及びナット１１２によって引き起こされるクランプ力をインペラ１０２とシャフト１０４との間にさらに加える。テンショナ１５０内の圧力を解放した後、テンショナ１５０は、インペラ１０２から分離され得る。いくつかの実施形態では、グリップ１５４が締結具１０６から分離され得、且つ／又は締め付け要素１５６がテンショナ１５０の取り外しの前にナット１１２から分離され得る。テンショナ１５０を取り外した後、インペラ１０２とシャフト１０４との間でクランプが維持されて、圧縮機の動作中にインペラ１０２をシャフト１０４に対して固定する。
【００３８】
上述のように、本開示は、ＨＶＡＣ＆Ｒシステムの圧縮機の組み立てにおいて有用な１つ又は複数の技術的効果を提供し得る。本開示の実施形態は、締結具、ワッシャ及びナットを使用してインペラをシャフトにクランプすることと、油圧テンショナを使用してナットを締め付けて、インペラとシャフトとの間で所定の力を実現することとを含み得る。インペラを圧縮機のシャフトに結合するための本方法は、コンポーネントの組み立てを容易にし得る。例えば、シャフト及びインペラは、キー、スプライン及び／又はピンを含むシャフト及びインペラに関与していた可能性のある精密な機械加工を経ない。さらに、インペラは、キー、スプライン及び／又はピンが含まれていないため、空気力学的に優れたものになり得る。アセンブリにキー、スプライン及び／又はピンが存在しないことにより、アセンブリの慣性モーメントも減少し得、これによりインペラの回転が容易になる。この慣性モーメントの減少により、シャフト及びインペラを回転させるために必要な電力が少なくなり、エネルギーコストを削減できる。そのため、本開示は、圧縮機の製造、組み立て及び動作に利益をもたらし得る。本明細書における技術的効果及び技術的課題は、例示であり、限定するものではない。本明細書に記載される実施形態は、他の技術的効果を有し、他の技術的課題を解決できることに留意されたい。
【００３９】
特定の特徴及び実施形態のみを図示及び説明してきたが、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された主題の新規な教示及び利点から実質的に逸脱することなく、多くの修正形態及び変更形態（例えば、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状及び比率、パラメータの値（例えば、温度、圧力など）、取付構成、素材の使用法、色、向きなどの変形形態）を想到し得る。任意のプロセス又は方法ステップの順番又は順序は、代替的な実施形態に従って変更又は再順序付けされ得る。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の趣旨の範囲内にあるものとして、そのようなすべての修正形態及び変更形態を包含することが意図されていることを理解されたい。さらに、例示的な実施形態の簡潔な説明を提供するために、実際の実装形態のすべての特徴が説明されていない場合がある（すなわち現在企図される本開示の最良の態様に関係しないもの又は特許請求の範囲に記載された開示を実現するのに関係しないものが説明されていない場合がある）。任意のそのような実際の実装形態の開発において、任意のエンジニアリング又は設計プロジェクトにおけるように、実装形態に固有の多数の決定が行われ得ることを理解されたい。そのような開発努力は、複雑で時間がかかり得るが、それにもかかわらず、本開示の利益を有する当業者にとって過度の実験を伴わない設計、製作及び製造の日常的な作業である。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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