JP2007177695A - ターボ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの遠心インペラが同一の回転軸に互いの背面側が対向する向きに固定されたターボ圧縮機において、機器を大型化せず且つ部品点数も増大することなく両遠心インペラ間の流路を繋ぐことができ、さらに、注入ガスを主流と均一に混合できるターボ圧縮機を提供する。
【解決手段】第１遠心インペラ２３と第２遠心インペラ２６は、互いの背面側が対向する向きに配設されている。第１ハウジング２４と第２ハウジング２７には、第１圧縮段からの圧縮流体を第２圧縮段に導入する連結流路２２（外側スクロール室３２、出側流路３３及び導入流路４１）が形成されている。外側スクロール室３２及び出側流路３３は、第１ハウジング２４に一体的に形成されている。導入流路４１は第２ハウジング２７に一体的に形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ターボ圧縮機に関し、特に、２つの遠心インペラが同一の回転軸に互いの背面側が対向する向きに固定されたターボ圧縮機に関するものである。

冷凍機においては、作動流体である冷媒ガスを圧縮して高温高圧の状態にするために遠心圧縮機、いわゆるターボ圧縮機が用いられる。
ところで、圧縮機においては、圧縮比が大きくなると圧縮機の吐出温度が高くなり容積効率が低下する。特に蒸発温度が低くなると圧縮比が大きくなるので、圧縮操作を２段または３段以上に分けて圧縮する場合がある。このように圧縮操作を多段で行うターボ圧縮機を多段ターボ圧縮機という。

２段ターボ圧縮機では、２つの遠心インペラが同一の回転軸に同一方向に固定されたものの他、２つの遠心インペラが同一の回転軸に互いの背面側が対向する向きに固定されたものが知られている。その従来技術として、下記特許文献１に開示されたものがあり、その構成を図７に示す。
このターボ圧縮機８０は、ハウジング８１内に回転可能に設けられたモータ軸８２の一端に１段圧縮羽根（遠心インペラ）８３が固定され、上記モータ軸８２の他端に２段圧縮羽根８４が固定された１軸２段圧縮機であり、冷媒ガスは１段圧縮羽根８３で圧縮されて、配管８５を通って２段圧縮羽根８４へと導入する。
このように、２つの遠心インペラが互いの背面側が対向する向きに固定されているターボ圧縮機では、両遠心インペラの入口が逆向きとなるため、両遠心インペラ間の流路を配管で繋ぐ構造としているものが一般的である。

ところで、多段ターボ圧縮機では、吸入口と吐出口との間の中間段又は最終段に気体を導入する中間吸込流路を備えるものがある。例えば、エコノマイザを有する冷凍サイクルに使用される冷凍機用多段ターボ圧縮機では、低圧側圧縮段で圧縮した冷媒ガスに、エコノマイザからの冷媒ガスを混合して高圧側圧縮段で再圧縮する。このようなターボ圧縮機は、例えば下記特許文献２に開示されており、その構成を図８に示す。
このターボ圧縮機９０は、２つの遠心インペラ９１，９２が同一の回転軸９３に同一方向に固定された２段ターボ圧縮機であり、ケーシング９４内の中間段インペラ入口通路９５に円環状の全周吸込チャンバ９６を設け、中間吸込口９７から供給される気体をインペラ入口通路９５に導入するものである。チャンバ９６の吸込口直近部分には、セパレータ板と一対のガイド板とからなるフローガイド９８が配置されている。
このように、全周吸込チャンバ９６とフローガイド９８を設けることにより、周方向からガスを均一に供給し、主流と均一に混合させるようになっている。
なお、図８において、符号Ａ，Ｂは、軸受であり、９９はモータ、１００はモータの出力軸、１０１は出力軸１００に固定された大歯車、１０２は回転軸９３に固定された小歯車である。

特開平５−２２３０９０号公報 特開２００２−３２７７００号公報

上記の特許文献１に示された従来技術のように、２つの遠心インペラが同一の回転軸に互いの背面側が対向する向きに固定されたターボ圧縮機では、両遠心インペラ間の流路を配管で繋ぐ構造としているものが一般的である。
しかしながら、このように配管により両遠心インペラ間の流路を繋ぐ場合、配管径や曲がりの形状が影響するため、製品の大型化につながり、重量増大を招くという問題がある。
また、配管自体が別部品となることから、部品点数が増大し、その分、組み立て作業時間が余分に取られるため、コスト増大につながるという問題がある。

また、上記の特許文献２に示された従来技術では、２つの遠心インペラの間の流路にエコノマイザからの冷媒ガスを導入し、主流と均一に混合させるために、全周吸込チャンバとフローガイドを設けているが、このような特殊な構造や部品が必要となり、コスト増大につながるという問題がある。
また、特許文献２に示された従来技術は、２つの遠心インペラが同一の回転軸に同一方向に固定されたターボ圧縮機に関するものであるため、２つの遠心インペラが同一の回転軸に互いの背面側が対向する向きに固定されたターボ圧縮機に対しては、特許文献２のような冷媒ガスと主流を均一に混合する構造を適用することはできない。このため、２つの遠心インペラが同一の回転軸に互いの背面側が対向する向きに固定されたターボ圧縮機について、エコノマイザからの冷媒ガス（注入ガス）を主流と均一に混合するための有効な手段が必要である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、２つの遠心インペラが同一の回転軸に互いの背面側が対向する向きに固定されたターボ圧縮機において、機器を大型化せず且つ部品点数も増大することなく両遠心インペラ間の流路を繋ぐことができ、さらに、注入ガスを主流と均一に混合できるターボ圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のターボ圧縮機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明のターボ圧縮機は、第１遠心インペラ及びこれを囲む第１ハウジングを有し流体を吸引して圧縮する第１圧縮段と、前記第１遠心インペラに回転軸を介して連結された第２遠心インペラ及びこれを囲む第２ハウジングを有し前記第１圧縮段からの圧縮流体をさらに圧縮する第２圧縮段とを備え、前記第１圧縮段と前記第２圧縮段とが互いに隣接する位置に配設されているターボ圧縮機であって、前記第１遠心インペラと前記第２遠心インペラは、互いの背面側が対向する向きに配設されており、前記第１ハウジングと前記第２ハウジングには、前記第１圧縮段からの圧縮流体を前記第２圧縮段に導入する連結流路が形成されており、該連結流路の上流側部位は前記第１ハウジング内に一体的に形成され、前記連結流路の下流側部位は前記第２ハウジング内に一体的に形成されている、ことを特徴とする。

このように、第１圧縮段からの圧縮流体を第２圧縮段に導入する連結流路が形成され、この連結流路の上流側部位が第１ハウジング内に一体的に形成され、下流側部位が第２ハウジング内に一体的に形成されているので、第１圧縮段と第２圧縮段の流路を繋ぐための配管を別途設ける必要が無い。そして、このように流路を一体形成とした場合、別部品として配管を取り付ける場合と比較して、流路径や曲がりの形状などの条件が製品の寸法に与える影響が小さく最小限の流路構造できるため、製品をコンパクトかつ軽量に製作することができる。
また、配管を別途取り付ける必要がないため、部品点数を削減することができ、その分、組み立て作業時間を短縮することができ、コスト削減につながる。

また、本発明のターボ圧縮機では、前記第１ハウジングは、前記第１遠心インペラを囲み第１遠心インペラからの流体が導入される第１スクロール室と、該第１スクロール室の末端部と連通し前記第２ハウジング側で開口する出口流路とを有し、前記第２ハウジングは、前記出口流路と連通するように前記第１ハウジング側で開口し前記第１圧縮段からの圧縮流体を導入するとともに軸方向から半径方向に曲がるように形成された導入流路と、前記回転軸の周りを環状に囲み導入流路からの流体を周方向に広げる吸入スクロール室と、該吸入スクロール室からの流体を前記第２インペラに導く吸入流路とを有し、前記出口流路と前記導入流路とにより前記連結流路が構成されている、ことを特徴とする。

このように構成された第１スクロール室、出口流路、導入流路、吸入スクロールおよび吸入流路により、第１遠心インペラと第２遠心インペラが互いの背面側が対向する向きに配設されているターボ圧縮機においても、第１遠心インペラ出口から第２遠心インペラ入口までの流路を一体的に形成することができ、別途の配管を取り付けることなく、第１圧縮段からの圧縮流体を第２圧縮段に導入することができる。

また、上記のターボ圧縮機において、前記第１スクロール室は、前記第１遠心インペラを環状に囲み第１遠心インペラからの流体が導入される内側スクロール室と、該内側スクロール室よりも半径方向外方に位置し該内側スクロール室の出口部と連通して少なくとも部分的に該内側スクロール室を囲むように周方向に延び且つ前記内側スクロール室より流路断面積が大きい外側スクロール室とから成り、該外側スクロール室は前記出口流路及び前記導入流路と共に前記連結流路を構成しており、該外側スクロール室、前記出口流路及び前記導入流路は、それぞれ流路断面が角型状になるように形成されている、ことを特徴とする。

このように、内側スクロール室の外側に、この内側スクロール室よりも流路断面積の大きい外側スクロール室が形成されており、外側スクロール室で流体の速度を低下させてから流路の曲がり部分が形成される出口流路と導入流路に導入するので、流体の剥離による流体損失の発生を抑制することができる。
また、外側スクロール室、出口流路及び導入流路は、それぞれ流路断面が角型状になるように形成されているので、流路面積を確保しつつ、第１ハウジングおよび第２ハウジングの外形寸法を小さくすることができる。

また、上記のターボ圧縮機において、前記連結流路の曲がり部分は、流体の剥離を抑制するように緩やかな曲がり流路に形成されている、ことを特徴とする。

このように、連結流路の曲がり部分が、流体の剥離を抑制するように緩やかな曲がり流路に形成されているので、圧縮性能の低下を抑制することができる。

また、上記のターボ圧縮機において、前記第１ハウジング又は前記第２ハウジングに、前記連結流路にガスを追加注入する為のガス注入部が設けられている、ことを特徴とする。

このように、連結流路にガスを追加注入する為のガス注入部が設けられているので、連結流路に注入されたガスは、連結流路内を流れる主流（圧縮流体）と混合し、その後、第２ハウジングの吸入スクロール室で周方向に広げられる。このため、主流と注入ガスが周方向に均一に混合された状態で、この混合流体を第２遠心インペラに導入することができる。
したがって、第１遠心インペラと第２遠心インペラが互いの背面側が対向する向きに配設されているターボ圧縮機においても、特殊な構造や部品を必要とすることなく注入ガスと主流を周方向に均一に混合することができる。
また、ある程度、主流の速度が低下している連結流路にガスを注入するので、ガス混合の乱れに起因して発生する流体損失を抑制することができる。

また、上記のターボ圧縮機において、前記ガス注入部は、連結流路の流体流れに沿う方向にガスを注入するように形成されたガス注入開口を有する、ことを特徴とする。

このように、ガス注入開口が連結流路の流体流れに沿う方向にガスを注入するように形成されているので、ガス混合の乱れに起因して発生する流体損失をより効果的に抑制することができる。

また、上記のターボ圧縮機において、前記ガス注入開口は、前記連結流路の曲がり部分に形成されている、ことを特徴とする。

このように、ガス注入開口が連結流路の曲がり部分に形成されているので、流路の中央部にガスを注入することができ、均一な混合を促進できる。

本発明のターボ圧縮機によれば、２つの遠心インペラが同一の回転軸に互いの背面側が対向する向きに固定されたターボ圧縮機において、機器を大型化せず且つ部品点数も増大することなく両遠心インペラ間の流路を繋ぐことができ、さらに、注入ガスを主流と均一に混合できる、という優れた効果が得られる。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
また、以下では、冷凍機用のターボ圧縮機として本発明を説明するが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、他の産業機械などで使用される、流体を圧縮する遠心型のターボ圧縮機にも適用することができる。

図１は、本発明のターボ圧縮機を適用したターボ冷凍機１０の冷凍回路構成を示す図である。
図１において、ターボ冷凍機１０は、ターボ圧縮機２０、凝縮器１４、膨張弁１６ａ、１６ｂ、蒸発器１８及びエコノマイザ１９を備える。
ターボ圧縮機１０は、第１遠心インペラ２３と第２遠心インペラ２６を備えた２段ターボ圧縮機であり、上流側の第１遠心インペラ２３で冷媒ガスを圧縮し、その冷媒ガスをさらに第２遠心インペラ２６に導入して圧縮した後、凝縮器１４に送出する。
凝縮器１４は、圧縮されて高温高圧となった冷媒ガスを冷却液化して冷媒液にする。
膨張弁１６ａ、１６ｂは、凝縮器とエコノマイザの間、およびエコノマイザと蒸発器との間にそれぞれ配設されており、凝縮器で液化された冷媒液を段階的に減圧する。
エコノマイザ１９は、膨張弁１６ａで減圧された冷媒を一時的に貯留して冷却する。エコノマイザ１９内の冷媒の気相成分は、ターボ圧縮機２０の第１遠心インペラ２３と第２遠心インペラ２６との間の流路に、注入ガスとして注入される。
蒸発器１８は、冷媒液をガス化して冷媒ガスにする。蒸発器１８を出た冷媒ガスはターボ圧縮機２０に吸入される。

図２は、本発明の実施形態にかかるターボ圧縮機２０の構成を示す断面図である。図２に示すように、このターボ圧縮機２０は、圧縮機構２１、モータ６０、増速機構７０などの要素から構成される。

圧縮機構２１は、第１遠心インペラ２３及びこれを囲む第１ハウジング２４からなる第１圧縮段２１Ａと、第２遠心インペラ２６及びこれを囲む第２ハウジング２７からなる第２圧縮段２１Ｂとを備えており、第１圧縮段２１Ａと第２圧縮段２１Ｂは互いに隣接する位置に配設されている。
第１ハウジング２４と第２ハウジング２７には、後述する軸受５０によって軸心Ｘを中心に回転自在に支持された回転軸２８が設けられている。回転軸２８にはその一端側（図で吸入側）から第１遠心インペラ２３と第２遠心インペラ２６が、軸方向に間隔を置いて、互いの背面側が対向する向きで配設されている。
第１ハウジング２４と第２ハウジング２７は、互いにボルト等の締結手段によって固定されている。

出力軸６１を有するモータ６０が、モータケース６４に収容されている。モータ６０は圧縮機構２１を回転駆動させる駆動源として機能する。
モータケース６４は、上記の出側ハウジング２７に、ボルト等の締結手段によって固定されている。

増速機構７０は、モータケース６４と第２ハウジング２７とによって形成された空間に内蔵されており、出力軸６１に固定された大歯車７１と、回転軸２８に固定された小歯車７２とから構成されている。なお、小歯車７２は回転軸２８に一体形成されていてもよい。このように構成された増速機構７０により、モータ機構６０の出力軸６１の回転力が増速されて、回転軸２８に伝達される。

図３は、図２における圧縮機構２１と増速機構７０の拡大図である。
図３に示すように、入側ハウジング２４には、第１段遠心インペラ２３に冷媒ガスを導入するための吸込口２９ａが形成されている。吸込口２９ａには、吸込み容量を制御するための入口案内翼３０が設けられている。

第１ハウジング２４には、第１遠心インペラ２３を囲み第１遠心インペラ２３からの冷媒ガスが導入される第１スクロール室３０が形成されており、この第１スクロール室３０は、内側スクロール室３１と外側スクロール室３２とから成る。
内側スクロール室３１は、第１遠心インペラ２３を環状に囲むように形成されている。この内側スクロール室３１と第１遠心インペラ２３との間には、第１遠心インペラ２３出口から半径方向外方に延びる環状の入側ディフューザ部３４が形成されており、これにより第１遠心インペラ２３によって加速されたガスを減速加圧して内側スクロール室３１に導くようになっている。

第１ハウジング２４の背面側（図で左側）には、回転軸２８を貫通させる開口部が形成されている。

外側スクロール室３２は、内側スクロール室３１よりも半径方向外側に位置しており、内側スクロール室３１よりも流路断面積が大きく、且つ流路断面が角型状に形成されている。ここで、「角型状」とは、内角が完全な直角であるものではなく、ある程度面取りされたものをいう。この面取りは、内部を流れる流体の剥離を発生させない程度に設定する。以下、他の部位の説明における「角型状」についても、上記と同様の意味であるものとする。

図４は、図３のＡ−Ａ線断面における内側スクロール室３１と外側スクロール室３２の形状を示す図である。また、図５は、第１ハウジング２４の斜め下方からの斜視図であり、第１ハウジング２４内に形成された内側スクロール室３１と外側スクロール室３２の流れの様子を重ねて示したものである。
これらの図に示すように、外側スクロール室３２は、内側スクロール室３１の出口部３１ａと連通して、少なくとも部分的に内側スクロール室３１を囲むように周方向に延びて形成されており、本実施形態では、内側スクロール室３１の周りを半周程度囲むように形成されている。
また、この外側スクロール室３２は、鋳物一体構造により、内側スクロール室３１と共に第１ハウジング２４内に一体的に形成されている。

図６は、図３におけるＢ−Ｂ線断面図である。
図３及び図６に示すように、第１ハウジング２４には、外側スクロール室３２の末端部から連通し、第２ハウジング２７側で開口する出口流路３３が形成されている。
この出口流路３３は、外側スクロール室３２と同様に、流路断面が角型状であり、且つ第２ハウジング２７に設けられた導入流路４１と連通するように形成されている。
また、この出口流路３３は、鋳物一体構造により、第１ハウジング２４内の他の流路（外側スクロール室３２等）と共に第１ハウジング２４内に一体的に形成されている。

図３に示すように、第２ハウジング２７には、導入流路４１と、吸入スクロール室４２と、吸入流路４３が形成されている。
導入流路４１は、上記の出口流路３３と連通するように第１ハウジング２４側で開口し、第１圧縮段２１Ａからの冷媒ガスを第２ハウジング２７に導入するように形成されている。また、導入流路４１は、上記の外側スクロール室３２及び出口流路３３と同様に、流路断面が角型状に形成されている。
吸入スクロール室４２は、回転軸２８の周りを環状に囲み導入流路４１からのガスを周方向に広げるように形成されている。
吸入流路４３は、吸入スクロール室４２のガスを、径方向内側に導いた後、第１遠心インペラ２３の側に方向変更して第２遠心インペラ２６まで導くように環状に形成されている。

また、第２ハウジング２７には、第２遠心インペラ２６を囲む環状の出側スクロール室４６が形成されている。この出側スクロール室４６と第２遠心インペラ２６との間には、第２遠心インペラ２６出口から半径方向に延びる環状の出側ディフューザ部４７が形成されており、これにより第２遠心インペラ２６によって加速されたガスを減速加圧して出側スクロール室４６に導くようになっている。

出側ハウジング２７の背面側（図で右側）には、回転軸２８を貫通させる開口部が形成されている。
上記の導入流路４１は、鋳物一体構造により、第２ハウジング２７内の他の流路（吸入スクロール室４２等）と共に第２ハウジング２７内に一体的に形成されている。

上記のように構成された外側スクロール室３２、出口流路３３および導入流路４１により、第１圧縮段２１Ａからの圧縮流体を第２圧縮段２１Ｂに導入する連結流路２２を構成している。
この連結流路２２の曲がり部分は、流体の剥離を抑制するように緩やかな曲がり流路に形成されている。
具体的には、図６に示すように、外側スクロール室３２、出口流路３３および導入流路４１に渡って曲がり流路が形成されているが、曲がり部分の半径方向外側部位における曲率半径Ｒ１が、この曲率半径Ｒ１方向の流路幅Ｗ１の例えば１．５倍以上となるように、流路が形成されているのがよい。
また、図３に示すように、導入流路４１は、軸方向から半径方向に曲がるように形成されているが、この曲がり部分の半径方向外側部位における曲率半径Ｒ２が、この曲率半径Ｒ２方向の流路幅Ｗ２の例えば１．５倍以上となるように、流路が形成されているのがよい。

図３、図５および図６に示すように、圧縮機構２１には、上記の連結流路２２にエコノマイザ１９（図１参照）からの冷媒ガスを追加注入する為のガス注入部３５が設けられている。ただし、図３では、紙面の手前側の位置に設けられているガス注入部３５を仮想線で示している。
また図３及び図６に示すように、本実施形態においてガス注入部３５のガス取入れ口３５ａは第１ハウジング２４に設けられており、連結流路２２内にガスを吹き出すガス注入開口３５ｂは第１ハウジング２４と第２ハウジング２７に跨るように形成されている。
ガス注入開口３２ｂは、連結流路２２の流体（冷媒ガスの主流）の流れに沿う方向にガスを注入するように、且つ連結流路２２の曲がり部分に形成されている。

そして、このように構成されたガス注入部３５により、第１遠心インペラ２３で圧縮した冷媒ガスにエコノマイザ１９からの冷媒ガスを混合して第２遠心インペラ２６に供給するようになっている。
なお、ガス注入開口３５ｂの開口位置は、本実施形態の位置に限られず、外側スクロール室３２、出口流路３３および導入流路４１のいずれかの位置、又はこれらのうち２つに跨る位置とすることができる。また、この場合、ガス注入部３５を設ける位置は、ガス注入開口３５ｂの位置に合わせて、第１ハウジング２４及び第２ハウジング２７の一方又は双方の適宜の位置に設定される。

上記の第１ハウジング２４と第２ハウジング２７には、軸心Ｘを中心に回転軸２８を回転自在に支持する軸受５０が内蔵されている。
図３に示すように、本実施形態において、軸受５０は、軸方向に離間した２つの支持位置のそれぞれにおいて回転軸２８に作用するラジアル荷重を支持するジャーナル軸受５１，５２と、回転軸２８に作用するスラスト荷重を支持するスラスト軸受５３とからなる。

この軸受５０のうち、一方の支持位置を支持するジャーナル軸受５１（以下、「一方の軸受」ともいう）は、第１遠心インペラ２３と第２遠心インペラ２６との間に配置されており、第２ハウジングに設けられた軸受保持部５６に固定されている。
また、この軸受５０のうち、他方の支持位置を支持するジャーナル軸受５２（以下、「他方の軸受」ともいう）は、第２遠心インペラ２６を基準に第１遠心インペラ２３とは軸方向反対側に配置されている。
これらの軸受５１，５２，５３には、図示しない給油構造より潤滑油が供給され、その潤滑が確保されるようになっている。

なお、ジャーナル軸受５１，５２及びスラスト軸受５３は、すべり軸受、転がり軸受、気体軸受、磁気軸受等、種々の軸受を採用することができる。
また、一方のジャーナル軸受５１は、上記の位置に限定されず、回転軸２８の軸方向部位のうち第２遠心インペラ２６を基準に第１遠心インペラ２３の軸方向反対側の部位（この図で、第２遠心インペラ２６より左側の部位）に配置してもよいが、本実施形態のように配置すれば、回転軸２８のオーバーハング量が減少するため、危険速度を上げることができる。
また、本実施形態では、上記の他方のジャーナル軸受５２が、増速機構７０の小歯車７２の位置を基準に第２遠心インペラ２６の反対側に配置されているが、そのような配置に代えて、他方のジャーナル軸受５２を小歯車７２と第２遠心インペラ２６との間に配置してもよい。

次に、このように構成されたターボ圧縮機２０の動作について説明する。
上記のターボ冷凍機１０の稼働中、ターボ圧縮機２０では、増速機構７０によりモータ６０の出力軸６１の回転駆動力が増速されて回転軸２８に伝達され、回転軸２８に固定された第１遠心インペラ２３と第２遠心インペラ２６が回転駆動される。
第１ハウジング２４の吸入口２９ａからは、蒸発器１８からの冷媒ガスが吸入され、第１遠心インペラ２３により加速される。加速された冷媒ガスは、入側ディフューザ部３４を通過する過程で減速加圧されて内側スクロール室３１、外側スクロール室３２へと順次導入される。

外側スクロール室３２を通過した冷媒ガスは、出口流路３３、導入流路４１を通って第１ハウジング２４から第２ハウジング２７へと移行する。またこのとき、エコノマイザ１９からの冷媒ガスが、ガス注入部３５から注入され主流と混合される。
この混合ガスは、吸入スクロール室４２において周方向に均一に広げられた後、吸入流路４３を通過して第２段インペラ２６へと導入され、加速される。
加速された冷媒ガスは、出側ディフューザ部４７を通過する過程で減速加圧されることにより、さらに高温高圧にされて第２スクロール室４６へ導入された後、図示しない吐出部から吐き出されて上記の凝縮器１４へ導入される。

次に、本実施形態にかかる上記のターボ圧縮機２０の作用・効果について説明する。
本実施形態にかかるターボ圧縮機２０によれば、第１圧縮段２１Ａからの圧縮流体を第２圧縮段２１Ｂに導入する連結流路２２が形成され、この連結流路２２の上流側部位が第１ハウジング２４内に一体的に形成され、下流側部位が第２ハウジング２７内に一体的に形成されているので、第１圧縮段２１Ａと第２圧縮段２１Ｂの流路を繋ぐための配管を別途設ける必要が無い。そして、このように流路を一体形成とした場合、別部品として配管を取り付ける場合と比較して、流路径や曲がりの形状などの条件が製品の寸法に与える影響が小さく最小限の流路構造できるため、製品をコンパクトかつ軽量に製作することができる。
また、配管を別途取り付ける必要がないため、部品点数を削減することができ、その分、組み立て作業時間を短縮することができ、コスト削減につながる。

また、第１スクロール室３０、出口流路３３、導入流路４１、吸入スクロール４２および吸入流路４３により、第１遠心インペラ２３と第２遠心インペラ２６が互いの背面側が対向する向きに配設されているターボ圧縮機においても、第１遠心インペラ２３出口から第２遠心インペラ２６入口までの流路を一体的に形成することができ、別途の配管を取り付けることなく、第１圧縮段からの圧縮流体を第２圧縮段に導入することができる。

また、内側スクロール室３１の外側に、この内側スクロール３１室よりも流路断面積の大きい外側スクロール室３２が形成されており、外側スクロール室３２で流体の速度を低下させてから流路の曲がり部分が形成される出口流路３３と導入流路４１に導入するので、流体の剥離による流体損失の発生を抑制することができる。
また、連結流路２２（外側スクロール室３２、出口流路３３及び導入流路４１）は、それぞれ流路断面が角型状になるように形成されているので、流路面積を確保しつつ、第１ハウジング２４および第２ハウジング２７の外形寸法を小さくすることができる。

また、連結流路２２における流路の曲がり部分が緩やかに形成されているので、流路内の流体の剥離を抑制することができ、圧縮性能の低下を抑制することができる。

また、連結流路２２にガスを追加注入する為のガス注入部３５が設けられているので、連結流路に注入されたガスは、連結流路内を流れる主流（圧縮流体）と混合し、その後、第２ハウジング２７の吸入スクロール室４２で周方向に広げられる。このため、主流と注入ガスが周方向に均一に混合された状態で、この混合流体を第２遠心インペラ２６に導入することができる。
したがって、第１遠心インペラ２３と第２遠心インペラ２６が互いの背面側が対向する向きに配設されているターボ圧縮機においても、特殊な構造や部品を必要とすることなく注入ガスと主流を周方向に均一に混合することができる。
また、ある程度、主流の速度が低下している連結流路２２にガスを注入するので、ガス混合の乱れに起因して発生する流体損失を抑制することができる。

また、ガス注入開口３５ｂが連結流路２２の流体流れに沿う方向にガスを注入するように形成されているので、ガス混合の乱れに起因して発生する流体損失をより効果的に抑制することができる。
また、ガス注入開口３５ｂが連結流路２２の曲がり部分に形成されているので、流路の中央部にガスを注入することができ、均一な混合を促進できる。

このように、本発明のターボ圧縮機によれば、２つの遠心インペラが同一の回転軸に互いの背面側が対向する向きに固定されたターボ圧縮機において、機器を大型化せず且つ部品点数も増大することなく両遠心インペラ間の流路を繋ぐことができ、さらに、注入ガスを主流と均一に混合できる、という優れた作用・効果が得られる。

なお、上記の実施形態では、回転軸２８の駆動力がモータ６０から伝達される側から離れた順に第１圧縮段２１Ａと第２圧縮段２１Ｂが配置されていたが、これとは逆に、回転軸２８の駆動力がモータ６０から伝達される側から順に第１圧縮段２１Ａと第２圧縮段２１Ｂが配置される構成であってもよい。

また、上記の実施形態では、増速機構７０を介してモータ６０の回転駆動力を回転軸２８に伝達していたが、モータ６０の回転速度などの仕様如何によっては、回転軸２８とモータ機構６０の出力軸６１が直結された型式のものであってもよい。

その他、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

本発明のターボ圧縮機を適用したターボ冷凍機の冷凍回路の構成を示す図である。 本発明の実施形態にかかるターボ圧縮機の構成を示す図である。 本発明の実施形態にかかるターボ圧縮機の構成を示す部分拡大図である。 図３のＡ−Ａ線断面における内側スクロール室と外側スクロール室の形状を示す図である。 本発明の実施形態にかかるターボ圧縮機における第１ハウジングの斜視図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 従来のターボ圧縮機の構成を示す図である。 従来のターボ圧縮機の構成を示す図である。

符号の説明

１０ ターボ冷凍機
１４ 凝縮器
１６ａ，１６ｂ 膨張弁
１８ 蒸発器
１９ エコノマイザ
２０ ターボ圧縮機
２１ 圧縮機構
２１Ａ 第１段圧縮段
２１Ｂ 第２段圧縮段
２３ 第１遠心インペラ
２４ 第１ハウジング
２６ 第２遠心インペラ
２７ 第２ハウジング
２８ 回転軸
３０ 第１スクロール室
３１ 内側スクロール室
３２ 外側スクロール室
３３ 出口流路
３５ ガス注入部
３５ａ ガス取入れ口
３５ｂ ガス注入開口
４１ 導入流路
４２ 吸入スクロール室
４３ 吸入流路
４６ 第２スクロール室
５０ 軸受
６０ モータ
７０ 増速機構

Claims (7)

1. 第１遠心インペラ及びこれを囲む第１ハウジングを有し流体を吸引して圧縮する第１圧縮段と、前記第１遠心インペラに回転軸を介して連結された第２遠心インペラ及びこれを囲む第２ハウジングを有し前記第１圧縮段からの圧縮流体をさらに圧縮する第２圧縮段とを備え、前記第１圧縮段と前記第２圧縮段とが互いに隣接する位置に配設されているターボ圧縮機であって、
   前記第１遠心インペラと前記第２遠心インペラは、互いの背面側が対向する向きに配設されており、
   前記第１ハウジングと前記第２ハウジングには、前記第１圧縮段からの圧縮流体を前記第２圧縮段に導入する連結流路が形成されており、
   該連結流路の上流側部位は前記第１ハウジング内に一体的に形成され、前記連結流路の下流側部位は前記第２ハウジング内に一体的に形成されている、
   ことを特徴とするターボ圧縮機。
2. 前記第１ハウジングは、前記第１遠心インペラを囲み第１遠心インペラからの流体が導入される第１スクロール室と、該第１スクロール室の末端部と連通し前記第２ハウジング側で開口する出口流路とを有し、
   前記第２ハウジングは、前記出口流路と連通するように前記第１ハウジング側で開口し前記第１圧縮段からの圧縮流体を導入するとともに軸方向から半径方向に曲がるように形成された導入流路と、前記回転軸の周りを環状に囲み導入流路からの流体を周方向に広げる吸入スクロール室と、該吸入スクロール室からの流体を前記第２インペラに導く吸入流路とを有し、
   前記出口流路と前記導入流路とにより前記連結流路が構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機。
3. 前記第１スクロール室は、前記第１遠心インペラを環状に囲み第１遠心インペラからの流体が導入される内側スクロール室と、該内側スクロール室よりも半径方向外方に位置し該内側スクロール室の出口部と連通して少なくとも部分的に該内側スクロール室を囲むように周方向に延び且つ前記内側スクロール室より流路断面積が大きい外側スクロール室とから成り、該外側スクロール室は前記出口流路及び前記導入流路と共に前記連結流路を構成しており、
   該外側スクロール室、前記出口流路及び前記導入流路は、それぞれ流路断面が角型状になるように形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載のターボ圧縮機。
4. 前記連結流路の曲がり部分は、流体の剥離を抑制するように緩やかな曲がり流路に形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載のターボ圧縮機。
5. 前記第１ハウジング又は前記第２ハウジングに、前記連結流路にガスを追加注入する為のガス注入部が設けられている、ことを特徴とする請求項２又は３に記載のターボ圧縮機。
6. 前記ガス注入部は、連結流路の流体流れに沿う方向にガスを注入するように形成されたガス注入開口を有する、ことを特徴とする請求項５に記載のターボ圧縮機。
7. 前記ガス注入開口は、前記連結流路の曲がり部分に形成されている、ことを特徴とする請求項６に記載のターボ圧縮機。

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