JP7398332B2 - ターボ圧縮機 - Google Patents

Description

本開示は、ターボ圧縮機に関する。

特許文献１は、滑り軸受を備えたスピンドルモータを開示している。この滑り軸受は、ラジアル負荷を支持するラジアル支持面と、スラスト負荷を支持するスラスト支持面と、を有している。

特許第４９２９９６８号公報

本開示は、冷媒が潤滑剤として軸受隙間を過剰に流れることを防止するのに適した技術を提供する。

本開示は、
回転軸と、前記回転軸とともに回転する翼車と、を有する回転体と、
前記回転体のラジアル負荷を支持するラジアル支持面と、前記回転体のスラスト負荷を支持するスラスト支持面と、有する軸受と、
潤滑剤としての冷媒を前記軸受に導く潤滑剤供給路と、
を備え、
前記回転軸と前記軸受との間の軸受隙間では、前記潤滑剤供給路の出口が開口するとともに前記ラジアル支持面に面する第１部分と、前記ラジアル支持面に面し前記第１部分よりも前記回転軸の径方向の寸法が小さい第２部分と、前記スラスト支持面に面する第３部分と、がこの順に連通している、
ターボ圧縮機を提供する。

本開示に係る技術は、冷媒が潤滑剤として軸受隙間を過剰に流れることを防止するのに適している。

ターボ圧縮機の断面図 軸受の周辺の拡大断面図 軸受の周辺の隙間を示す拡大断面図 軸受の周辺の隙間を示す拡大断面図 軸受の周辺の隙間を示す拡大断面図 軸受の周辺の拡大断面図 軸受の周辺の隙間を示す拡大断面図 軸受の周辺の隙間を示す拡大断面図 溝を示す拡大断面図 溝を示す拡大断面図

（本開示の基礎となった知見）
本発明者らの検討によれば、冷媒が潤滑剤として軸受隙間を過剰に流れることを防止可能な技術には、採用の価値がある。

例えば、回転軸とともに翼車が回転する回転体が構成され、軸受に潤滑剤として液相冷媒が供給されるターボ圧縮機を考える。本発明者らの検討によると、このようなターボ圧縮機では、翼車が収容された空間に、液相冷媒が漏出しうる。この漏出は、動力損失を生じさせうる。具体的には、翼車におけるブレード間に液相冷媒が存在すると、翼車の高速回転によって液相冷媒が攪拌され、大きな動力損失が発生しうる。また、翼車が収容された空間は、ブレードとは反対側の背面空間を含んでいる。背面空間に存在する液相冷媒も、動力損失を生じさせうる。

係る検討を踏まえ、本開示は、冷媒が潤滑剤として軸受隙間を過剰に流れることを防止するのに適した技術を提供する。

（本開示に係る一態様の概要）
本開示の第１態様に係るターボ圧縮機は、
回転軸と、前記回転軸とともに回転する翼車と、を有する回転体と、
前記回転体のラジアル負荷を支持するラジアル支持面と、前記回転体のスラスト負荷を支持するスラスト支持面と、有する軸受と、
潤滑剤としての冷媒を前記軸受に導く潤滑剤供給路と、
を備え、
前記回転軸と前記軸受との間の軸受隙間では、前記潤滑剤供給路の出口が開口するとともに前記ラジアル支持面に面する第１部分と、前記ラジアル支持面に面し前記第１部分よりも前記回転軸の径方向の寸法が小さい第２部分と、前記スラスト支持面に面する第３部分と、がこの順に連通している。

第１態様に係る技術は、冷媒が潤滑剤として軸受隙間を過剰に流れることを防止するのに適している。

本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係るターボ圧縮機では、
前記軸受及び前記回転軸の少なくとも一方は、前記軸受隙間に向かって前記径方向に突出し前記第２部分を規定するラジアル絞りを有していてもよい。

第２態様のラジアル絞りによれば、径方向に関して第２部分を第１部分よりも小さくできる。

本開示の第３態様において、例えば、第１又は第２態様に係るターボ圧縮機では、
前記軸受隙間では、前記第１部分と、前記第２部分と、前記第３部分と、前記スラスト支持面に面し前記第３部分よりも前記回転軸の軸方向の寸法が小さい第４部分と、がこの順に連通していてもよい。

第３態様のように軸方向に関して第３部分を第４部分よりも大きくすることにより、回転軸の必要動力を減少させることができる。

本開示の第４態様において、例えば、第３態様に係るターボ圧縮機では、
前記軸受及び前記回転軸の少なくとも一方は、前記軸受隙間に向かって前記軸方向に突出し前記第４部分を規定するスラスト絞りを有していてもよい。

第４態様のスラスト絞りによれば、軸方向に関して第３部分を第４部分よりも大きくできる。

本開示の第５態様において、例えば、第３又は第４態様に係るターボ圧縮機では、
前記第３部分の前記軸方向の寸法は、前記第２部分の前記径方向の寸法よりも大きくてもよい。

第５態様は、軸受隙間を過剰な冷媒が流れることを防止しつつ、軸受隙間におけるスラスト支持面に面する部分を大きくとるのに適している。

本開示の第６態様において、例えば、第３から第５態様のいずれか１つに係るターボ圧縮機では、
前記回転軸の中心軸から前記スラスト支持面の前記径方向に関する内周端までの距離と前記回転軸の中心軸から前記スラスト支持面の前記径方向に関する外周端までの距離との合計の半分をスラスト平均半径と定義し、
前記回転軸の中心軸から前記第２部分の前記径方向に関する内周端までの距離と前記回転軸の中心軸から前記第２部分の前記径方向に関する外周端までの距離との合計の半分を基準平均半径と定義したとき、
前記第３部分の前記軸方向の寸法に前記スラスト平均半径を乗じた値は、前記第２部分の前記径方向の寸法に前記基準平均半径を乗じた値よりも大きくてもよい。

第６態様は、軸受隙間を過剰な冷媒が流れることを防止しつつ、軸受隙間におけるスラスト支持面に面する部分を大きくとるのに適している。

本開示の第７態様において、例えば、第１から第６態様のいずれか１つに係るターボ圧縮機では、
前記回転軸は、前記スラスト支持面に向かい合うスラスト軸面を有していてもよく、
前記スラスト支持面及び前記スラスト軸面の少なくとも一方に、前記径方向の内側から外側に向かって放射状に延びる複数の溝が設けられていてもよい。

第７態様の溝によれば、軸受損失を減少させることができる。

本開示の第８態様において、例えば、第１から第７態様のいずれか１つに係るターボ圧縮機は、
前記翼車が収容された翼車空間と、
排出スペースと、
前記回転軸に面する軸回り隙間と、をさらに備えていてもよく、
前記潤滑剤供給路から前記第１部分に液相状態にある前記冷媒が供給されてもよく、
前記第１部分と、前記第２部分と、前記第３部分と、前記排出スペースと、前記ターボ圧縮機の外部と、がこの順に連通していてもよく、
前記排出スペースと、前記軸回り隙間と、前記翼車空間と、がこの順に連通していてもよい。

第８態様は、翼車空間への液相状態にある冷媒の漏出を抑制するのに適している。

本開示の第９態様において、例えば、第１から第８態様のいずれか１つに係るターボ圧縮機は、
前記潤滑剤供給路は、前記回転軸の内部に設けられていてもよく、
前記潤滑剤供給路は、軸方向流路と、少なくとも１つの遠心加圧流路と、を有していてもよく、
前記軸方向流路は、前記回転軸の軸方向に延びていてもよく、
前記遠心加圧流路は、前記軸方向流路から延びていてもよく、前記第１部分に開口していてもよい。

第９態様によれば、冷媒を潤滑剤として軸受に良好に供給できる。

以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、又は、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

以下では、液相状態にある冷媒を、液相冷媒と称することがある。冷媒は、作動流体とも称されうる。

（実施の形態１）
以下、図１から図４Ｂを用いて、実施の形態１を説明する。

［１－１．構成］
［１－１－１．ターボ圧縮機の構成］
図１は、実施の形態１におけるターボ圧縮機１００の断面図である。ターボ圧縮機１００は、冷媒を圧縮する。ターボ圧縮機１００は、回転軸１と、翼車２と、モータ回転子３と、を備えている。回転軸１に、翼車２と、モータ回転子３と、が固定されている。回転軸１と、翼車２と、モータ回転子３とにより、一体となって回転する回転体１８が構成されている。

翼車２は、翼車空間８に収容されている。翼車２は、例えば、遠心型、斜流型又は軸流型等の速度型の流体機械を構成する翼車である。

図１の例では、ターボ圧縮機１００を用いた冷凍サイクル装置１０１が構成されている。冷凍サイクル装置１０１は、蒸発器８０と、吸入空間９と、ターボ圧縮機１００と、凝縮器９０と、を備えている。冷凍サイクル装置１０１では、冷媒が流れる。冷媒は、例えば水である。

以下、軸方向５１、径方向５２及び周方向５３という用語を用いることがある。軸方向５１は、回転軸１の中心軸Ｏが延びる方向である。径方向５２は、軸方向５１に垂直な方向である。周方向５３は、中心軸Ｏを中心に回転する方向である。

ターボ圧縮機１００は、軸受４を備えている。軸方向５１に沿って、翼車２と、軸受４と、モータ回転子３とが、この順に配置されている。

軸受４は、回転軸１を支持する。本実施の形態では、軸受４は、滑り軸受である。

図２Ａは、本実施の形態における軸受４の周辺の拡大断面図である。図２Ｂは、軸受４の周辺の隙間を示す拡大断面図である。

軸受４は、ラジアル支持面４１ａと、スラスト支持面４１ｂと、を有している。ラジアル支持面４１ａ及びスラスト支持面４１ｂは、軸受４の軸受滑り面として機能する。ラジアル支持面４１ａは、回転体１８のラジアル負荷を支持する。スラスト支持面４１ｂは、回転体１８のスラスト負荷を支持する。回転軸１と軸受４の間に、軸受隙間１４が設けられている。

本実施の形態では、ラジアル支持面４１ａには、環状溝４２が設けられている。環状溝４２は、途切れることなく周方向５３に延びることによって、回転軸１をぐるりと取り囲んでいる。環状溝４２によれば、回転軸１の周囲の流路における冷媒の圧力分布を周方向５３について均一にすることができる。

本実施の形態では、ラジアル支持面４１ａは、中心軸Ｏからの距離が等しい円筒面を含んでいる。スラスト支持面４１ｂは、中心軸Ｏに垂直な円板面を含んでいる。この文脈において、円板面は、その中央に穴が開いた面を包含する概念である。

本実施の形態では、軸受４の軸方向５１に関する一方の端面が、翼車２に向かって面している。軸受４の軸方向５１に関する他方の端面が、スラスト支持面４１ｂを構成している。

回転軸１は、ラジアル軸面４３ａと、スラスト軸面４３ｂと、を有している。ラジアル軸面４３ａ及びスラスト軸面４３ｂは、回転軸１の軸滑り面として機能する。

本実施の形態では、ラジアル軸面４３ａは、回転軸１の外周面である。回転軸１は、膨出部１ｓを有している。膨出部１ｓに、スラスト軸面４３ｂが設けられている。また、膨出部１ｓに、モータ回転子３が固定されている。

なお、図２Ａでは、作図の便宜上、膨出部１ｓの軸方向５１の寸法を図１に比べて小さく描いている。この点は、図２Ｂから図３Ｃについても同様である。

ラジアル支持面４１ａとラジアル軸面４３ａとは、径方向５２に向かい合っている。スラスト支持面４１ｂとスラスト軸面４３ｂとは、軸方向５１に向かい合っている。ラジアル支持面４１ａとラジアル軸面４３ａとの間に液相冷媒が介在しかつスラスト支持面４１ｂとスラスト軸面４３ｂとの間に液相冷媒が介在した状態で、軸受４は回転軸１を支持する。

回転軸１は、その内部に潤滑剤供給路７を有している。潤滑剤供給路７は、軸方向流路７１と、少なくとも１つの遠心加圧流路７２と、を含んでいる。軸方向流路７１は、軸方向５１に沿って延びている。具体的には、軸方向流路７１は、中心軸Ｏに沿って延びている。遠心加圧流路７２は、回転軸１の径方向５２の内側から外側に向かって延びている。遠心加圧流路７２は、軸方向流路７１と、軸受隙間１４と、を連通させている。

遠心加圧流路７２は、軸方向流路７１からラジアル軸面４３ａすなわち回転軸１の外周面に向かって延びている。遠心加圧流路７２の出口７２ｏは、軸受４のラジアル支持面４１ａに面している。具体的には、出口７２ｏは、環状溝４２に面している。

本実施の形態では、複数の遠心加圧流路７２が、軸方向流路７１から放射状に延びている。そして、それらの遠心加圧流路７２の各々が、１つの環状溝４２に向かって開口している。

本実施の形態では、遠心加圧流路７２は、軸方向流路７１から径方向５２に直線状に延びている。ただし、遠心加圧流路７２は、非直線状に延びていてもよい。一変形例に係る遠心加圧流路７２は、軸方向流路７１からスパイラル状に延びるという態様で、軸方向流路７１から離れていく。

上述のように、回転軸１と軸受４の間に、軸受隙間１４が設けられている。軸受隙間１４は、ラジアル隙間１４ａと、スラスト隙間１４ｂと、を有している。

ラジアル隙間１４ａは、ラジアル支持面４１ａとラジアル軸面４３ａとの間に設けられている。ラジアル隙間１４ａに、遠心加圧流路７２の出口７２оが面している。ラジアル隙間１４ａは、軸方向５１に拡がっている。

スラスト隙間１４ｂは、スラスト支持面４１ｂとスラスト軸面４３ｂとの間に設けられている。スラスト隙間１４ｂは、ラジアル隙間１４ａに連通している。スラスト隙間１４ｂは、径方向５２の内側から外側に向かって拡がっている。

軸受４の端面に、第１排出空間５が隣接している。第１排出空間５に、ラジアル隙間１４ａが接続されている。第１排出空間５の内部に、液相冷媒が貯留される。

第１排出空間５に貯留される冷媒の温度は、例えば、１５℃である。第１排出空間５に貯留された液相冷媒は、第１排出経路１２を通って凝縮器９０に導かれる。

回転軸１の膨出部１ｓに、第２排出空間６が隣接している。第２排出空間６に、スラスト隙間１４ｂが接続されている。第２排出空間６の内部に、液相冷媒が貯留される。

第２排出空間６と第１排出空間５とは、第２排出経路１３によって連通している。第２排出空間６に貯留された液相冷媒は、第２排出経路１３を通って第１排出空間５に導かれる。

以下では、排出スペース１５という用語を用いることがある。排出スペース１５は、スラスト隙間１４ｂからターボ圧縮機１００の外部へと液相冷媒を導く。図示の例では、排出スペース１５は、第１排出空間５と、第２排出空間６と、第１排出経路１２と、第２排出経路１３と、を含んでいる。

回転軸１に面する位置に、軸回り隙間１６が設けられている。具体的には、軸回り隙間１６は、回転軸１の周囲、かつ、軸方向５１に関して排出スペース１５と翼車空間８との間の位置に設けられている。軸回り隙間１６により、回転軸１の回転が可能になっている。また、軸回り隙間１６は、排出スペース１５と翼車空間８とを連通させている。図示の例では、軸回り隙間１６は、第１排出空間５と翼車空間８とを連通させている。

潤滑剤供給路７と、ラジアル隙間１４ａと、スラスト隙間１４ｂと、排出スペース１５と、ターボ圧縮機１００の外部と、がこの順に連通している。潤滑剤供給路７と、ラジアル隙間１４ａと、スラスト隙間１４ｂと、排出スペース１５と、ターボ圧縮機１００の外部と、をこの順に液相冷媒が流れる。また、排出スペース１５と、軸回り隙間１６と、翼車空間８とは、この順に連通している。

ラジアル隙間１４ａは、第１部分ｐ１と、第２部分ｐ２と、を有している。スラスト隙間１４ｂは、第３部分ｐ３と、第４部分ｐ４と、を有している。第１部分ｐ１には、遠心加圧流路７２の出口７２оが開口している。遠心加圧流路７２と、第１部分ｐ１と、第２部分ｐ２と、第３部分ｐ３と、第４部分ｐ４とは、この順に連通している。

ここで、第１部分ｐ１の径方向５２に関する寸法を、Ｗ１と定義する。第２部分ｐ２の径方向５２に関する寸法を、Ｗ２と定義する。第３部分ｐ３の軸方向５１に関する寸法を、Ｗ３と定義する。第４部分ｐ４の軸方向５１に関する寸法を、Ｗ４と定義する。このとき、本実施の形態では、Ｗ２＜Ｗ１である。Ｗ３＞Ｗ４である。Ｗ３＞Ｗ２である。

冷凍サイクル装置１０１は、ポンプ７０を備えている。ポンプ７０は、例えば給水ポンプである。

［１－２．動作］
以上のように構成された冷凍サイクル装置１０１について、以下、その動作を説明する。

図１に示すように、冷媒は、蒸発器８０において、貯留され、蒸発する。次に、冷媒は、吸入空間９に移動する。次に、冷媒は、翼車２に吸い込まれ、圧縮される。次に、冷媒は、凝縮器９０へ吐出され、凝縮する。次に、凝縮して液相となった冷媒は、蒸発器８０に戻る。冷凍サイクル装置１０１では、このように冷媒が循環する。

ポンプ７０は、凝縮器９０の液相から吸入した液相冷媒を、例えば１気圧まで加圧する。加圧された冷媒は、ターボ圧縮機１００に供給される。ターボ圧縮機１００では、加圧された冷媒は、回転軸１の内部に位置する潤滑剤供給路７を通じて軸受４に供給される。

具体的には、ターボ圧縮機１００では、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ポンプ７０からの液相冷媒は、軸方向流路７１を流れる。次に、液相冷媒は、遠心加圧流路７２へ入る。遠心加圧流路７２において、液相冷媒は、回転軸１の回転による遠心作用により加速及び加圧される。このように加速及び加圧された冷媒は、軸受４に、具体的には環状溝４２に供給される。こうして、液相冷媒は、ラジアル隙間１４ａに流入する。

ラジアル隙間１４ａに供給された液相冷媒の一部は、第１排出空間５に直接的に流入する。ラジアル隙間１４ａに供給された液相冷媒の別の一部は、スラスト隙間１４ｂ、第２排出空間６及び第２排出経路１３をこの順に介して、第１排出空間５に流入する。

第１排出空間５に流入した液相冷媒は、第１排出経路１２を通じて凝縮器９０に排出される。

本実施の形態では、翼車２によって回転体１８のスラスト負荷が生じる。スラスト負荷に応じて、回転軸１が軸方向５１に移動し、スラスト隙間１４ｂの軸方向５１の寸法が変化する。具体的には、スラスト負荷は、図１から２Ｂにおいて、図示左向きに発生する。スラスト負荷が小さくなると、回転軸１は図示右方向に移動し、スラスト隙間１４ｂの軸方向５１に関する寸法は大きくなる。反対に、スラスト負荷が大きくなると、回転軸１は図示左方向に移動し、スラスト隙間１４ｂの軸方向５１に関する寸法は小さくなる。

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、ターボ圧縮機１００は、回転体１８と、軸受４と、潤滑剤供給路７と、を備えている。回転体１８は、回転軸１と、翼車２と、を有している。翼車２は、回転軸１とともに回転する。軸受４は、ラジアル支持面４１ａと、スラスト支持面４１ｂと、を有している。ラジアル支持面４１ａは、回転体１８のラジアル負荷を支持する。スラスト支持面４１ｂは、回転体１８のスラスト負荷を支持する。潤滑剤供給路７は、潤滑剤としての冷媒を軸受４に導く。回転軸１と軸受４との間の軸受隙間１４では、第１部分ｐ１と、第２部分ｐ２と、第３部分ｐ３と、がこの順に連通している。第１部分ｐ１に、潤滑剤供給路７の出口７２оが開口している。第１部分ｐ１は、ラジアル支持面４１ａに面している。第２部分ｐ２は、ラジアル支持面４１ａに面している。回転軸１の径方向５２に関する第２部分ｐ２の寸法Ｗ２は、径方向５２に関する第１部分ｐ１の寸法Ｗ１よりも小さい。第３部分ｐ３は、スラスト支持面４１ｂに面している。Ｗ２＜Ｗ１であることは、冷媒が潤滑剤として軸受隙間１４を過剰に流れることを防止するのに適している。

Ｗ２＜Ｗ１である利点について、さらに説明する。上述のとおり、翼車２により、回転体１８のスラスト負荷が生じる。スラスト負荷が小さくなると、回転体１８は図示右方向に移動し、スラスト隙間１４ｂの軸方向５１に関する寸法は大きくなる。この寸法が大きくなると、過剰な冷媒が軸受隙間１４を流れるとも思われる。しかし、本実施の形態のようにＷ２＜Ｗ１であれば、ラジアル隙間１４ａにおける冷媒の流量は、第２部分ｐ２において制限されうる。しかも、スラスト隙間１４ｂの軸方向５１に関する寸法とは異なり、寸法Ｗ２は、スラスト負荷が変化しても、実質的に一定に維持されうる。そのため、第２部分ｐ２により冷媒の流量は、適正レベルに制限されうる。従って、Ｗ２＜Ｗ１であることにより、過剰な冷媒が軸受隙間１４を流れることが防止されうる。

本実施の形態において、ターボ圧縮機１００は、翼車空間８と、排出スペース１５と、軸回り隙間１６と、を備えている。翼車空間８には、翼車２が収容されている。軸回り隙間１６は、回転軸１に面している。潤滑剤供給路７から第１部分ｐ１に、液相状態にある冷媒が供給される。第１部分ｐ１と、第２部分ｐ２と、第３部分ｐ３と、排出スペース１５と、ターボ圧縮機１００の外部と、がこの順に連通している。排出スペース１５と、軸回り隙間１６と、翼車空間８と、がこの順に連通している。この構成においては、Ｗ２＜Ｗ１であることにより、翼車空間８への液相冷媒の漏出が抑制されるという効果が得られる。

以下、翼車空間８への液相冷媒の漏出が抑制されるという効果について、さらに説明する。上述のとおり、スラスト負荷が小さくなると、スラスト隙間１４ｂの軸方向５１に関する寸法は大きくなる。この場合、スラスト隙間１４ｂを流れ排出スペース１５に供給される液相冷媒の流量が増加し、排出スペース１５からターボ圧縮機１００の外部へと液相冷媒を排出しきれず、排出スペース１５から軸回り隙間１６を介して翼車空間８に液相冷媒が漏出し易くなるとも思われる。しかし、上述のように、Ｗ２＜Ｗ１であれば、過剰な冷媒が軸受隙間１４を流れることが防止されうる。このため、排出スペース１５から軸回り隙間１６を介して翼車空間８に液相冷媒が漏出し難い。そのため、動力損失を抑制でき、回転軸１の必要動力が増加し難い。

なお、スピンドルモータは翼車を有さないため、スピンドルモータでは翼車空間への潤滑剤の漏出は生じえない。スピンドルモータでは、軸受から排出される潤滑剤の量を積極的に抑えるべき他の理由も考え難い。このため、スピンドルモータでは、潤滑剤の流量を抑えようという動機は生じ難い。

軸回り隙間１６に、シールリング等のシール部を設けてもよい。現実には、シール部のみでは排出スペース１５から軸回り隙間１６を介して翼車空間８に液相冷媒が漏出することを完全には防止できないことはありうる。このため、シール部を設けた場合であっても、Ｗ２＜Ｗ１による漏出抑制作用は有用でありうる。

図２Ａ及び図２Ｂの例では、第１部分ｐ１は、環状溝４２を含んでいる。このため、環状溝４２が、寸法Ｗ１を寸法Ｗ２よりも大きくすることに貢献している。ただし、図２Ｃに示すように、環状溝４２がなくても、Ｗ２＜Ｗ１の関係を満たすことはできる。

軸受隙間１４のうちラジアル支持面４１ａに面する部分は、ラジアル隙間１４ａに対応しうる。軸受隙間１４のうちスラスト支持面４１ｂに面する部分は、スラスト隙間１４ｂに対応しうる。

本実施の形態において、ラジアル隙間１４ａの径方向５２に関する寸法は、第２部分ｐ２において極小値をとる。また、軸方向５１に垂直な断面におけるラジアル隙間１４ａの断面積は、第２部分ｐ２において極小値をとる。

本実施の形態において、第２部分ｐ２は、軸方向５１に関し、第１部分ｐ１とスラスト隙間１４ｂとの間に位置している。具体的には、第２部分ｐ２は、軸方向５１に関し、第１部分ｐ１と第３部分ｐ３との間に位置している。

本実施の形態において、軸受４及び回転軸１の少なくとも一方は、ラジアル絞り８１を有している。ラジアル絞り８１は、軸受隙間１４に向かって径方向５２に突出している。ラジアル絞り８１は、第２部分ｐ２を規定している。

本実施の形態において、具体的には、ラジアル絞り８１は、ラジアル隙間１４ａに向かって径方向５２に突出している。

本実施の形態において、ラジアル絞り８１は、周方向５３に延びる環状形状を呈している。

図２Ａから図２Ｃの例では、ラジアル絞り８１は、軸受４に設けられている。ただし、図２Ｄに示すように、ラジアル絞り８１は回転軸１に設けられていてもよい。

本実施の形態において、ラジアル絞り８１は、ラジアル起立面８１ｈを有している。ラジアル起立面８１ｈは、第１部分ｐ１に向かって面している。ラジアル起立面８１ｈは、径方向５２に拡がっている。ラジアル起立面８１ｈは、ラジアル隙間１４ａにおいて冷媒の流れを堰き止めるのに適している。このことは、過剰な冷媒が軸受隙間１４を流れることを防止するのに寄与しうる。

図３Ａは、変形例の軸受４の周辺の拡大断面図である。図３Ｂは、変形例の軸受４の周辺の隙間を示す拡大断面図である。

図３Ａ及び図３Ｂに示す例では、軸受隙間１４では、第１部分ｐ１と、第２部分ｐ２と、第３部分ｐ３と、第４部分ｐ４とが、この順に連通している。第４部分ｐ４は、スラスト支持面４１ｂに面している。回転軸１の軸方向５１に関する第４部分ｐ４の寸法Ｗ４は、軸方向５１に関する第３部分ｐ３の寸法Ｗ３よりも小さい。つまり、Ｗ３＞Ｗ４である。Ｗ３＞Ｗ４であることは、回転軸１の必要動力を減少させる観点から有利である。

Ｗ３＞Ｗ４である利点について、さらに説明する。Ｗ３＞Ｗ４であれば、スラスト隙間１４ｂにおける第４部分ｐ４よりも第３部分ｐ３側に広い領域を確保でき、その広い領域を第２部分ｐ２経由の高圧の冷媒で満たすことができる。これにより、スラスト隙間１４ｂにおける静圧効果により負荷容量が増加する。そのため、同じ負荷容量で比較すると、スラスト隙間１４ｂの小径化ひいては軸受４の小型化が可能である。さらに、第４部分ｐ４の寄与により、スラスト隙間１４ｂにおける冷媒の流量を抑制できる。そのため、スラスト負荷容量の要求が大きい場合でも、軸受４のスラスト支持面４１ｂの軸受損失を減少させ、回転軸１の必要動力を減少させることができる。

本実施の形態において、スラスト隙間１４ｂの軸方向５１に関する寸法は、第４部分ｐ４において極小値をとる。

本実施の形態において、第４部分ｐ４は、第３部分ｐ３よりも径方向５２の外側に位置している。

図３Ａ及び図３Ｂに示す例では、軸受４及び回転軸１の少なくとも一方は、スラスト絞り８２を有している。スラスト絞り８２は、軸受隙間１４に向かって軸方向５１に突出している。スラスト絞り８２は、第４部分ｐ４を規定している。

図３Ａ及び図３Ｂに示す例では、具体的には、スラスト絞り８２は、スラスト隙間１４ｂに向かって軸方向５１に突出している。

図３Ａ及び図３Ｂに示す例では、スラスト絞り８２は、周方向５３に延びる環状形状を呈している。

図３Ａ及び図３Ｂの例では、スラスト絞り８２は、軸受４に設けられている。ただし、図３Ｃに示すように、スラスト絞り８２は回転軸１に設けられていてもよい。具体的には、図３Ｃの例では、スラスト絞り８２は、膨出部１ｓに設けられている。

図３Ａから図３Ｃの例では、スラスト絞り８２は、スラスト起立面８２ｈを有している。スラスト起立面８２ｈは、第３部分ｐ３に向かって面している。スラスト起立面８２ｈは、軸方向５１に拡がっている。スラスト起立面８２ｈは、スラスト隙間１４ｂにおいて冷媒の流れを堰き止めるのに適している。このことは、スラスト隙間１４ｂにおける第４部分ｐ４よりも第３部分ｐ３側の領域において高圧の冷媒を保持するのに寄与しうる。

図３Ａから図３Ｃの例では、軸方向５１に関する第３部分ｐ３の寸法Ｗ３は、軸方向５１に関する第２部分ｐ２の寸法Ｗ２よりも大きい。Ｗ３＞Ｗ２であることは、小さいＷ２に基づき軸受隙間１４を過剰な冷媒が流れることを防止しつつ、大きいＷ３に基づきスラスト隙間１４ｂを大きくとるのに適している。

ここで、回転軸１の中心軸Ｏからスラスト支持面４１ｂの径方向５２に関する内周端までの距離と回転軸１の中心軸Ｏからスラスト支持面４１ｂの径方向５２に関する外周端までの距離との合計の半分を、スラスト平均半径Ｒｓと定義する。回転軸１の中心軸Ｏから第２部分ｐ２の径方向５２に関する内周端までの距離と回転軸１の中心軸Ｏから第２部分ｐ２の径方向５２に関する外周端までの距離との合計の半分を、基準平均半径Ｒｒと定義する。このとき、図３Ａから図３Ｃの例では、第３部分ｐ３の軸方向５１の寸法Ｗ３にスラスト平均半径Ｒｓを乗じた値Ｗ３×Ｒｓは、第２部分ｐ２の径方向５２の寸法Ｗ２に基準平均半径Ｒｒを乗じた値Ｗ２×Ｒｒよりも大きい。このことは、軸受隙間１４を過剰な冷媒が流れることを防止しつつ、スラスト隙間１４ｂを大きくとるのに適している。

具体的には、図３Ａから図３Ｃの例では、スラスト支持面４１ｂの径方向５２に関する外周端は、第４部分ｐ４に面している。第３部分ｐ３は、回転軸１の中心軸Ｏからスラスト平均半径Ｒｓの距離の位置においてスラスト支持面４１ｂに面している。

変形例では、スラスト支持面４１ｂ及びスラスト軸面４３ｂの少なくとも一方に、複数の溝が設けられている。図４Ａ及び図４Ｂは、溝を示す拡大断面図である。

具体的に、図４Ａ及び図４Ｂに示す例では、回転軸１は、スラスト支持面４１ｂに向かい合うスラスト軸面４３ｂを有している。スラスト支持面４１ｂ及びスラスト軸面４３ｂの少なくとも一方に、複数の溝８５が設けられている。複数の溝８５は、径方向５２の内側から外側に向かって放射状に延びている。溝８５によれば、軸受損失を減少させることができる。

溝８５を設けることによる利点について、さらに説明する。複数の溝８５により、面４１ｂ及び４３ｂの少なくとも一方において、周方向５３に段差を設けることができる。段差が設けられていると、面４１ｂ及び４３ｂが互いに接近した部分が断続的に形成される。換言すると、スラスト隙間１４ｂに、狭窄部が断続的に形成される。冷媒が周方向５３に沿って狭窄部を断続的に通ることによって圧力の高まりが断続的に現れる。このようにして、動圧作用に基づいたくさび効果が得られる。これにより、スラスト負荷容量の要求が大きい場合でも、軸受損失を減少させ、回転軸１の必要動力を減少させることができる。

図４Ａに示す例では、複数の溝８５は、径方向５２の内側から外側に向かって延びる略矩形形状を呈している。一方、図４Ｂに示す例では、複数の溝８５は、径方向５２の内側から外側に向かって延びるスパイラル形状を呈している。

本実施の形態において、潤滑剤供給路７は、回転軸１の内部に設けられている。潤滑剤供給路７は、軸方向流路７１と、少なくとも１つの遠心加圧流路７２と、を有している。軸方向流路７１は、回転軸１の軸方向５１に延びている。遠心加圧流路７２は、軸方向流路７１から延びている。遠心加圧流路７２は、第１部分ｐ１に開口している。このような構成によれば、冷媒を潤滑剤として軸受４に良好に供給できる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略等を行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

例えば、ターボ圧縮機１００において、図２Ｂのラジアル絞り８１と図２Ｄのラジアル絞り８１の両方が設けられていてもよい。ターボ圧縮機１００において、図３Ｂのスラスト絞り８２と図３Ｃのスラスト絞り８２の両方が設けられていてもよい。ターボ圧縮機１００において、図２Ｄのラジアル絞り８１と図３Ｂ及び／又は図３Ｃのスラスト絞り８２の両方が設けられていてもよい。

本開示は、滑り軸受を備えた冷凍機用ターボ圧縮機に適用可能である。具体的には、水冷媒ターボ冷凍機、ＨＦＯ－１３４ａターボ冷凍機、ＨＦＯ１２３３ｚｄターボ冷凍機等に、本開示は適用可能である。

１ 回転軸
１ｓ 膨出部
２ 翼車
３ モータ回転子
４ 軸受
５ 第１排出空間
６ 第２排出空間
７ 供給流路
８ 翼車空間
９ 吸入空間
１０ 第１流路
１１ 第２流路
１２ 第１排出経路
１３ 第２排出経路
１４ 軸受隙間
１４ａ ラジアル隙間
１４ｂ スラスト隙間
１５ 排出スペース
１６ 軸回り隙間
１８ 回転体
４１ａ ラジアル支持面
４１ｂ スラスト支持面
４２ 環状溝
４３ａ ラジアル軸面
４３ｂ スラスト軸面
５１ 軸方向
５２ 径方向
５３ 周方向
７０ ポンプ
７１ 軸方向流路
７２ 遠心加圧流路
７２о 出口
８０ 蒸発器
８１ ラジアル絞り
８１ｈ ラジアル起立面
８２ スラスト絞り
８２ｈ スラスト起立面
８５ 溝
９０ 凝縮器
１００ ターボ圧縮機
１０１ 冷凍サイクル装置
Ｏ 中心軸
ｐ１ 第１部分
ｐ２ 第２部分
ｐ３ 第３部分
ｐ４ 第４部分

Claims (9)

1. 回転軸と、前記回転軸とともに回転する翼車と、を有する回転体と、
   前記回転体のラジアル負荷を支持するラジアル支持面と、前記回転体のスラスト負荷を支持するスラスト支持面と、有する軸受と、
   潤滑剤としての冷媒を前記軸受に導く潤滑剤供給路と、
   を備え、
   前記回転軸と前記軸受との間の軸受隙間では、前記潤滑剤供給路の出口が開口するとともに前記ラジアル支持面に面する第１部分と、前記ラジアル支持面に面し前記第１部分よりも前記回転軸の径方向の寸法が小さい第２部分と、前記スラスト支持面に面する第３部分と、がこの順に連通している、
   ターボ圧縮機。
2. 前記軸受及び前記回転軸の少なくとも一方は、前記軸受隙間に向かって前記径方向に突出し前記第２部分を規定するラジアル絞りを有する、
   請求項１に記載のターボ圧縮機。
3. 前記軸受隙間では、前記第１部分と、前記第２部分と、前記第３部分と、前記スラスト支持面に面し前記第３部分よりも前記回転軸の軸方向の寸法が小さい第４部分と、がこの順に連通している、
   請求項１又は２に記載のターボ圧縮機。
4. 前記軸受及び前記回転軸の少なくとも一方は、前記軸受隙間に向かって前記軸方向に突出し前記第４部分を規定するスラスト絞りを有する、
   請求項３に記載のターボ圧縮機。
5. 前記第３部分の前記軸方向の寸法は、前記第２部分の前記径方向の寸法よりも大きい、
   請求項３又は４に記載のターボ圧縮機。
6. 前記回転軸の中心軸から前記スラスト支持面の前記径方向に関する内周端までの距離と前記回転軸の中心軸から前記スラスト支持面の前記径方向に関する外周端までの距離との合計の半分をスラスト平均半径と定義し、
   前記回転軸の中心軸から前記第２部分の前記径方向に関する内周端までの距離と前記回転軸の中心軸から前記第２部分の前記径方向に関する外周端までの距離との合計の半分を基準平均半径と定義したとき、
   前記第３部分の前記軸方向の寸法に前記スラスト平均半径を乗じた値は、前記第２部分の前記径方向の寸法に前記基準平均半径を乗じた値よりも大きい、
   請求項３から５のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。
7. 前記回転軸は、前記スラスト支持面に向かい合うスラスト軸面を有し、
   前記スラスト支持面及び前記スラスト軸面の少なくとも一方に、前記径方向の内側から外側に向かって放射状に延びる複数の溝が設けられている、
   請求項１から６のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。
8. 前記翼車が収容された翼車空間と、
   排出スペースと、
   前記回転軸に面する軸回り隙間と、をさらに備え、
   前記潤滑剤供給路から前記第１部分に液相状態にある前記冷媒が供給され、
   前記第１部分と、前記第２部分と、前記第３部分と、前記排出スペースと、前記ターボ圧縮機の外部と、がこの順に連通し、
   前記排出スペースと、前記軸回り隙間と、前記翼車空間と、がこの順に連通している、
   請求項１から７のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。
9. 前記潤滑剤供給路は、前記回転軸の内部に設けられており、
   前記潤滑剤供給路は、軸方向流路と、少なくとも１つの遠心加圧流路と、を有し、
   前記軸方向流路は、前記回転軸の軸方向に延びており、
   前記遠心加圧流路は、前記軸方向流路から延びており、前記第１部分に開口している、
   請求項１から８のいずれか一項に記載のターボ圧縮機。

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