JP2007211716A - ターボ圧縮機及びターボ圧縮機を備えた冷凍機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ターボ圧縮機において、ディフューザリング33と、ターボ圧縮機のハウジングに固定され、ディフューザリング33を軸方向に移動できるように支持する支持構造体35と、支持構造体35においてディフューザリング33に周方向に間隔を置いて設けられ、支持構造体35に対して揺動可能な複数の揺動部材37と、各揺動部材37とディフューザリング33とを連結し、各揺動部材37が揺動するとディフューザリング33を軸方向に移動させるように揺動部材37の揺動運動を軸方向の直線運動に変換する連結部材39と、複数の揺動部材37へ揺動力を与える駆動機構34と、複数の揺動部材37を同期させて揺動させるように、駆動機構34からの揺動力を揺動部材37へ伝達する伝達手段43と、が設けられる。
【選択図】図3
Description
冷凍機は、通常、ターボ圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を備え、冷媒ガスを圧縮機で圧縮して高温高圧の状態にし、この状態の冷媒ガスを凝縮器で放熱して液化し、この液を膨張弁で膨張させて低温低圧の気液混合状態とし、蒸発器で被冷却媒体により熱を奪われ気化させ冷媒ガスとし、再び圧縮機に吸入させる。
なお、中間冷却器では、凝縮器により液化された冷媒を一時的に溜め置いて冷却し、中間冷却器内の気相成分はバイパス管を通ってターボ圧縮機の2段目のインペラに供給されるようになっている。
以下において、多段ターボ冷凍機を例に説明するが、本発明は、多段ターボ冷凍機に限定されず、単段ターボ冷凍機にも適用可能である。
図11は、特許文献1のターボ圧縮機の構成を示している。図11に示すように、ターボ圧縮機は、軸方向に間隔をおいて配置された2段のインペラ51,52が固定されている回転軸55と、この回転軸を回転駆動させるモータ57(例えば、誘導電動機)と、を備える。
モータ57の出力シャフト58と回転軸55には、それぞれ互いに係合してモータの回転力を回転軸に伝達する大歯車58aおよび小歯車55aが固定されている。
第2インペラ52は、その入口から冷媒を吸引し、第1インペラ51と同様に冷媒の速度および圧力を増加させる。この冷媒が、半径方向内側から外側へ延びる第2ディフューザ流路69により、半径方向内側から外側へ案内される。冷媒ガスは、第2ディフューザ流路69を通過することで、減速され高圧力となり、その運動エネルギーが内部エネルギーに変換される。第2ディフューザ流路69の途中又は出口付近には、複数のベーン71が周方向に配置されており、これらベーン71により冷媒ガスが整流される。そして、この冷媒ガスは、吐出口から送出される。
すなわち、流体の吸い込み流量の変化に応じて、インペラから吹き出す流体の流れ方向とベーンの配設方向とを一致させるように一方の平行壁の位置を調節することで、望ましいディフューザ効果が得られるようにしている。
図12は、特許文献1に記載されている平行壁を移動調整するための構成を示している。
特許文献1では、ディフューザリング73を軸方向に移動させて、一対の平行壁を近接離間させている。
このディフューザリング73は周方向に回転可能かつ軸方向に移動可能にハウジング75に組み込まれている。すなわち、ディフューザリング73は、周方向に回転移動させられると、これに伴い軸方向にも移動するようにハウジング75に組み込まれている。
図12は、ディフューザリング73の外周面に形成されている溝77を示しており、図12(A)は軸方向から見た第2ディフューザ流路69の部分側面図であり、図12(B)は図12(A)のA−A線矢視図である。図12(B)から分かるように、溝77は、その軸方向位置が変化するように斜めに延びて形成されている。
このような溝77は第2ディフューザリング73の外周面に周方向に間隔を置いて複数箇所に形成されている。
ディフューザリング73が回転すると、ハウジング75に周方向に形成されている突起部79が溝77に沿ってディフューザリング73の移動を案内するが、溝77は軸方向に傾いて形成されているので、ディフューザリング73は周方向に回転移動するだけでなく、軸方向にも移動することになる。
このように、ディフューザリング73が軸方向に移動するので、一対の平行壁を互いに近接離間可能にし、流体の流れ方向を適切に調節することができる。
そして、この分配された揺動力が、それぞれ対応する連結部材により揺動部材の揺動運動から直線運動に変換されてディフューザリングに与えられる。
このように、駆動機構からの揺動力が適切に分配されてディフューザリングへ与えられるので、ディフューザ流路幅調整のために、ディフューザリングを軸方向へ移動調整する動作を安定して行うことができる。
また、駆動シャフトの回転により揺動部材を揺動させるので、駆動シャフトの回転角を調整することで、ディフューザリングの位置を調整することができる。
従って、駆動機構からの揺動力が適切に分配され揺動部材と連結部材とを介してディフューザリングへ与えられるので、ディフューザリングの軸方向への移動調整を安定して行うことができる。
中間冷却器内の気相成分はバイパス管13を通ってターボ圧縮機20の2段目のインペラ3に供給されるようになっている。
ハウジング19の冷媒ガス吸引側には、第1段インペラ2に冷媒ガスを導入するための吸込口21が形成された入口ノズル部材23が取り付けられており、入口ノズル部材23には、吸込み容量を制御するための入口案内翼25が設けられている。
第1段インペラ2により加速された冷媒ガスは、第1段インペラ2の出口に連通している第1ディフューザ流路26に送出される。第1ディフューザ流路26は、半径方向内側から外側へ延び第1段インペラ2により加速された冷媒ガスを半径方向内側から外側へ導く。
第1ディフューザ流路26の途中又は出口付近には周方向に複数のベーン27が配置されている。これらベーン27は、第1ディフューザ流路26を通過する冷媒ガスを整流する機能を有する。
第2ディフューザ流路31の途中又は出口付近には周方向に複数のベーン29が配置されている。これらベーン29は、第2ディフューザ流路31を通過する冷媒ガスを整流する機能を有する。
第2ディフューザ流路31を通過した冷媒ガスは、スクロール室32を経由してターボ圧縮機20の外部に吐出される。
すなわち、吸い込み流量が変化すると、第1段インペラ2又は第2段インペラ3から吹き出す流体の流れ方向と第1ディフューザ流路26又は第2ディフューザ流路31の途中又は出口付近に設けられたベーン27又は29の配設方向とが一致しなくなり、十分なディフューザ効果が得られなくなる。
以下において、第2ディフーザ流路31の幅を調整する可変機構について説明するが、同様の可変機構により第1ディフューザ流路26の幅を調整することもできる。
この可変機構30は、ディフューザリング33と、ディフューザリング33を軸方向に移動できるように支持する支持構造体である環状のシールリング35と、シールリング35の揺動部材取付部35aに周方向に間隔を置いて設けられ、軸方向と垂直な揺動軸36を中心にシールリング35に対して揺動可能な複数の揺動部材37と、各揺動部材37とディフューザリング33とを連結し、各揺動部材37が揺動するとディフューザリング33を軸方向に移動させるように揺動部材37の揺動運動を軸方向の直線運動に変換する連結部材39と、揺動部材37へ揺動力を与える駆動シャフト34と、複数の揺動部材37を同期させて揺動させるように、駆動シャフト34からの揺動力を揺動部材37に伝達する伝達手段である線状部材43と、を備えている。なお、支持構造体であるシールリング35はハウジング19に固定されている。
また、駆動シャフト34は、サーボモータ等の回転モータの出力シャフトであってもよい。この場合には、回転モータは、ディフューザリング33の半径方向外側にてハウジング19に固定されており、その出力シャフトが揺動部材37の揺動軸36と同軸に揺動部材37に結合固定されるように延びている。従って、回転モータの出力シャフトが回転すると、揺動部材37が揺動軸36を中心に揺動駆動される。
なお、駆動シャフト34と、ノブ38若しくは回転モータとは駆動機構を構成するが、他の適切なもので駆動機構を構成してもよい。
図6に示すように、揺動部材37には、後述する連結部材39に固定されている係合ピン39aが挿入係合する横長の係合孔37aと、後述するシールリング35の揺動部材取付部35aに固定されている揺動ピン35bが回転可能に嵌入される揺動孔37bと、線状部材43を取り付けるための後述する取付部材に固定された回転ピンが回転可能に緩く嵌入される回転孔37cと、が形成されている。
なお、揺動ピン35bは、揺動部材37の一方側から揺動孔37bの途中まで緩く嵌入され、駆動シャフト34が、揺動部材の他方側から揺動孔37bの途中まで挿入され揺動孔37bの内周面に固定されるように構成できる。これにより、駆動シャフトが回転すると、揺動部材37がシールリング35に対して揺動されるが、他の構成により駆動シャフトが回転すると、揺動部材37をシールリング35に対して揺動されるようにしてもよい。
図6(B)に示すように、連結部材39の一端部には、揺動部材37の係合孔37aに挿入される係合ピン39aが固定されている。すなわち、係合ピン39aが揺動部材37の係合孔37aに係合することで、連結部材39の一端部が揺動部材37に結合され、連結部材39の他端部はディフューザリング33に固定され、これにより、揺動部材37とディフューザリング33とが連結される。
なお、図4の例では、連結部材39の他端部はディフューザリング33の内周面に固定されているが、ディフューザリング39の他の適切な箇所に固定してもよい。
従って、揺動部材37を揺動させると、連結部材39がスムーズに軸方向に直線運動するので、連結部材39に固定されているディフューザリング33の位置をスムーズに軸方向に移動調整することができる。
線状部材43を周方向に延ばして張るために、複数の支持部材47が周方向に間隔を置いて固定されている。
図8は、図4のD−D線矢視図であり、支持部材47を示している。図8に示すように、この支持部材47には、線状部材43が嵌入され線状部材43を支持する凹部47aを有する。凹部47aは線状部材43の軸方向移動を許容する幅を軸方向に有する。これにより、線状部材43を軸方向に移動可能にしつつ、線状部材43を周方向に張ることができる。
例えば、図8に示すように、支持部材47は、凹部47aに対応する円筒の上下面に、外径がこの円筒よりも大きい鍔47bを結合させた形状としてよい。
この構成により、揺動部材37が揺動した時に線状部材43が周方向によりスムーズに移動することができる。
図9(B)に示すように、揺動部材37の回転孔37cには、回転ピン45aが回転自在に嵌入されている。この回転ピン45aは取付部材45に固定されており、取付部材45には、さらに内部を線状部材43が貫通する貫通孔が形成されている。
線状部材43はこの貫通孔に沿って移動自在に貫通孔に緩く通されていてもよいし、線状部材43を貫通孔に通して適切な固定手段により取付部材45に固定してもよい。
駆動シャフト34をノブ38又は回転モータにより回転させると、駆動シャフト34が揺動軸36に結合されているので、揺動部材37が揺動軸36を中心に揺動駆動される。
ノブ34や回転モータを、ディフューザリング33の半径方外側に配置しても、半径方向内側へ向かう駆動シャフト34を回転させて揺動力を伝達するので、半径方向外側から内側へ動力伝達部材を直線的に移動させる場合と比較して、ターボ圧縮機20の半径方向のシール性を高く維持することができる。
また、駆動シャフト34の回転を揺動力とするので、駆動シャフト34の回転角を調整することで、ディフューザリング33の軸方向位置を調整することができる
この時、連結部材39の一端部に固定されている係合ピン39aは、揺動部材37の係合孔37aに沿って移動するが、連結部材39の他端部は、ディフューザリング33に固定されているので、連結部材39は軸方向にのみ移動することができる。
従って、揺動部材37の揺動時に、線状部材43に無理な応力が作用することが防止される。
3 第2段インペラ
7 凝縮器
8,9 膨張弁
10 冷凍機
11 中間冷却
12 蒸発器
13 バイパス管
14 駆動モータ
15 出力シャフト
15a 小歯車
17 回転シャフト
17a 大歯車
19 ハウジング
20 ターボ圧縮機
21 吸込口
23 入口ノズル部材
25 入口案内翼
26 第1ディフューザ流路
27 ベーン
30 可変機構
31 第2ディフューザ流路
33 ディフューザリング
34 駆動シャフト(駆動機構)
35 シールリング(支持構造体)
36 揺動軸
37 揺動部材
37a 係合孔
37b 揺動孔
37c 回転孔
39 連結部材
39a 係合ピン
43 線状部材(伝達手段)
45 取付部材
45a 回転ピン
47 支持部材
47a 円筒
47b 鍔
Claims (7)
- 回転駆動される回転シャフトと、回転シャフトに固定されガスを圧縮するインペラと、該インペラを内側に収容するハウジングと、を備え、半径方向内側から外側へ延び前記インペラにより加速されたガスを半径方向内側から外側へ導くディフューザ流路の幅を変更する可変機構が組み込まれているターボ圧縮機であって、
前記可変機構は、
前記ディフューザ流路を軸方向に挟む一対の流路壁の一方を少なくとも部分的に形成するディフューザリングと、
前記ハウジングに固定され、ディフューザリングを軸方向に移動できるように支持する支持構造体と、
該支持構造体に周方向に間隔を置いて設けられ、支持構造体に対して揺動可能な複数の揺動部材と、
各揺動部材とディフューザリングとを連結し、各揺動部材が揺動するとディフューザリングを軸方向に移動させるように揺動部材の揺動運動を軸方向の直線運動に変換する連結部材と、
複数の揺動部材へ揺動力を与える駆動機構と、
複数の揺動部材が同期して揺動されるように、駆動機構からの揺動力を揺動部材へ伝達する伝達手段と、を備えたことを特徴とするターボ圧縮機。 - 前記伝達手段は、周方向に延び複数の揺動部材が固定されている線状部材である、ことを特徴とする請求項1に記載のターボ圧縮機。
- 前記支持構造体には、前記線状部材を支持し周方向に張る支持部材が周方向に間隔を置いて固定されており、
各支持部材は、線状部材が嵌入され線状部材を支持し半径方向外側を向く凹部を有し、凹部は線状部材の軸方向移動を許容する幅を軸方向に有する、ことを特徴とする請求項2に記載のターボ圧縮機。 - 各連結部材の軸方向一端部は、揺動部材が揺動すると軸方向にのみ移動するように、揺動部材に対し移動可能に結合され、各連結部材の軸方向他端部はディフューザリングに固定されている、ことを特徴とする請求項1に記載のターボ圧縮機。
- 各揺動部材には、その揺動軸と平行な回転軸を中心に揺動部材に対して回転可能な取付部材が取り付けられており、前記線状部材は各取付部材に固定されている、ことを特徴とする請求項2に記載のターボ圧縮機。
- 前記駆動機構は、複数の揺動部材のいずれかの揺動軸と同軸に該揺動部材に結合され、回転駆動される駆動シャフトである、ことを特徴とする請求項1に記載のターボ圧縮機。
- ガス冷媒を昇圧するターボ圧縮機と、ターボ圧縮機で昇圧した冷媒を凝縮液化する凝縮器と、凝縮器で液化した冷媒を減圧する膨張弁と、膨張弁で減圧した冷媒を蒸発気化させる蒸発器と、を備え、蒸発器にて冷却用媒体とを熱交換させられた冷媒がターボ圧縮機に吸引される冷凍機であって、
前記ターボ圧縮機は、回転駆動される回転シャフトと、回転シャフトに固定されガスを圧縮するインペラと、該インペラを内側に収容するハウジングと、を備え、
前記ターボ圧縮機には、半径方向内側から外側へ延び前記インペラにより加速されたガスを半径方向内側から外側へ導くディフューザ流路の幅を変更する可変機構が組み込まれており、
前記可変機構は、
前記ディフューザ流路を軸方向に挟む一対の流路壁の一方を少なくとも部分的に形成するディフューザリングと、
前記ハウジングに固定され、ディフューザリングを軸方向に移動できるように支持する支持構造体と、
該支持構造体に周方向に間隔を置いて設けられ、支持構造体に対して揺動可能な複数の揺動部材と、
各揺動部材とディフューザリングとを連結し、各揺動部材が揺動するとディフューザリングを軸方向に移動させるように揺動部材の揺動運動を軸方向の直線運動に変換する連結部材と、
複数の揺動部材へ揺動力を与える駆動機構と、
複数の揺動部材が同期して揺動されるように、駆動機構からの揺動力を揺動部材へ伝達する伝達手段と、を備えたことを特徴とする冷凍機。
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