JP2009185711A - インレットガイドベーン及びターボ圧縮機並びに冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトの加工を容易に行うことが可能であるとともに、圧力損失を確実に低減させることが可能なインレットガイドベーン及びこれを備えたターボ圧縮機並びにこのターボ圧縮機を備えた冷凍機を提供する。
【解決手段】インレットガイドベーン２４が、シャフト２５と、このシャフト２５に繋がり吸入口の内周面から中心部に向けて突設されるベーン本体２６とからなり、ベーン本体２６が、流体の吸入量及び流れ方向の調節時に正圧になる側の側面２８ｃ、２８ｅと負圧になる側の側面２８ｄ、２８ｆが、幅方向Ｂの外縁及び軸線Ｏ１方向先端２６ｂ側の外縁に向かうに従って近づくように形成されたテーパー部２８と、軸線Ｏ１上に配置され、正圧になる側の側面２７ｃと負圧になる側の側面２７ｄを軸線Ｏ１方向に沿って平行に形成した平行部２７とを備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、インペラの回転によって流体が吸入される吸入口に設置されて流体の吸入量及び流れ方向を調節するためのインレットガイドベーン及びターボ圧縮機並びに冷凍機に関する。

水等の冷却対象物を冷却あるいは冷凍する冷凍機として、冷媒（流体）をインペラによって圧縮して排出するターボ圧縮機を備えるターボ冷凍機等が知られている。また、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してしまうため、複数段に分けて冷媒の圧縮を行うように構成したものもある。例えば、特許文献１には、インペラとディフューザとを備える圧縮段を２つ備え、これらの圧縮段で冷媒を順次圧縮するターボ圧縮機が開示されている。

また、このようなターボ圧縮機には、第１圧縮段のインペラの回転によって冷媒を内部に吸入するための吸入口が設けられており、この吸入口に、冷媒の吸入量及び流れ方向を調節するための複数のインレットガイドベーンが周方向に並設されている。

インレットガイドベーンは、例えば棒状のシャフトと、このシャフトに互いの軸線方向を同軸に配した状態で繋げられた板状のベーン本体とを備え、鋳物として成形されている。そして、このインレットガイドベーンは、シャフトを駆動機構に繋げて支持させ、ベーン本体を吸入口の内周面から中心部に向けて径方向内側に突出させて設置される。そして、駆動機構によって各インレットガイドベーンをその軸線回りに回動させることにより、吸入される冷媒の吸入量及び流れ方向が各インレットガイドベーンの迎え角（回動角）に応じて調節される。

また、この種のインレットガイドベーンには、ベーン本体を平板状に形成したものや、冷媒の吸入量及び流れ方向の調節時に正圧になる側の側面及び負圧になる側の側面（インペラ側を向く側面）を曲面にし、翼状に形成したものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００７−１７７６９５号公報 特開２００７−１２０４９４号公報

しかしながら、ベーン本体を平板状に形成したインレットガイドベーンにおいては、その製作（成形）が容易である反面、吸入口の内周面から流速の大きい中心部側までベーン本体の厚さが一定であるため、冷媒の流れが乱されて圧力損失が大きくなってしまう。このため、ターボ圧縮機の性能低下を招くという問題があった。

一方、ベーン本体を翼状に形成したインレットガイドベーンにおいては、正圧側の側面及び負圧側の側面が曲面で形成されているため、冷媒の流れが乱されることなく冷媒の吸入量及び流れ方向が調節され、圧力損失を小さくすることができる。

しかしながら、この種のインレットガイドベーンは、鋳物として成形されるため、鋳造によって正圧側の側面及び負圧側の側面を曲面として精度よく形成することが難しい。また、鋳造後にシャフトを加工する必要があり、このときベーン本体を保持して基準出しを行うことになるが、ベーン本体の両側面が曲面で形成されていると基準出しが困難になる。このため、高精度でインレットガイドベーンを製作することが難しいという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑み、シャフトの加工を容易に行うことが可能であるとともに、圧力損失を確実に低減させることが可能なインレットガイドベーン及びこれを備えたターボ圧縮機並びにこのターボ圧縮機を備えた冷凍機を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明のインレットガイドベーンは、インペラの回転によって流体が吸入される吸入口に軸線回りに回動可能に設置されて、前記流体の吸入量及び流れ方向を調節するためのインレットガイドベーンであって、回動可能に支持させるための棒状のシャフトと、該シャフトに繋がり前記吸入口の内周面から中心部に向けて突設される板状のベーン本体とからなり、前記ベーン本体は、前記流体の吸入量及び流れ方向の調節時に正圧になる側の側面と負圧になる側の側面が、幅方向の外縁及び前記軸線方向先端側の外縁に向かうに従って近づくように形成されたテーパー部と、前記軸線上に配置され、前記正圧になる側の側面と前記負圧になる側の側面が前記軸線方向に沿って平行に形成された平行部とを備えていることを特徴とする。

この発明においては、ベーン本体のテーパー部の正圧になる側の側面（正圧側の側面）と負圧になる側の側面（負圧側の側面）が幅方向の外縁及び軸線方向先端側の外縁に向かうに従って近づくように、すなわち流体の流れ方向の外縁及び流速の大きい吸入口の中心部側に配される外縁に向かうに従ってベーン本体の厚さが小さくなるように形成されているため、ベーン本体を翼状に形成したインレットガイドベーンと同様に、流体の流れを乱すことなく流体の吸入量及び流れ方向を調節することができ、確実に圧力損失を小さくすることができる。

また、軸線上に、正圧側の側面と負圧側の側面が軸線方向に沿って平行に形成された平行部を備えているため、鋳造後のシャフトの加工時に、この平行部を保持することで容易に基準出しを行うことができる。これにより、インレットガイドベーンの製作コストを低減することが可能になる。

また、本発明のインレットガイドベーンにおいては、前記平行部が前記シャフトに繋がる前記軸線方向後端側に設けられていることが望ましい。

この発明においては、平行部を軸線方向後端側に設けることで、テーパー部を流速の大きい吸入口の中心部側に配置される先端側に大きく設けてベーン本体の先端側の厚さを確実に小さくすることが可能になる。これにより、確実に圧力損失を小さくすることが可能になる。

さらに、本発明のインレットガイドベーンにおいては、前記平行部が前記ベーン本体の前記軸線方向の長さの１／４以上で１／２以下の長さを備えて形成されていることがより望ましい。

この発明においては、平行部がベーン本体の長さの１／４以上の長さで形成されていることにより、シャフトの加工時に確実にこの平行部を保持して基準出しを行うことが可能である。また、平行部がベーン本体の長さの１／２以下の長さで形成されていることにより、流速の大きい吸入口の中心部側に配置される先端側に設けたテーパー部で、流体の流れを乱すことなく流体の吸入量及び流れ方向を調節することができ、確実に圧力損失を小さくすることができる。

本発明のターボ圧縮機は、インペラとディフューザとを備える圧縮手段が流体の流れに対して直列に複数段配置され、複数の前記圧縮手段にて前記流体を順次圧縮可能であると共に最終段の圧縮手段にて圧縮された前記流体を凝縮器に供給可能なターボ圧縮機であって、前記インペラの回転によって前記流体が吸入される吸入口に上記のいずれかのインレットガイドベーンが設置されていることを特徴とする。

この発明においては、上記のインレットガイドベーンを備えることで、ターボ圧縮機の消費動力を減少させることができ、性能を向上させることが可能になる。

本発明の冷凍機は、圧縮された冷媒を冷却液化する凝縮器と、液化された前記冷媒を蒸発させて冷却対象物から気化熱を奪うことによって前記冷却対象物を冷却する蒸発器と、前記蒸発器にて蒸発された前記冷媒を圧縮して前記凝縮器に供給する圧縮機とを備える冷凍機であって、前記圧縮機として、上記のターボ圧縮機を備えることを特徴とする。

この発明においては、上記のターボ圧縮機を備えることで、冷凍機の消費動力を減少させることができ、性能を向上させることが可能になる。

本発明のインレットガイドベーンによれば、テーパー部を備えることで、流体の流れを乱すことなく流体の吸入量及び流れ方向を調節することができ、確実に圧力損失を小さくすることができる。また、平面部を備えることで、シャフトの加工時に容易に基準出しを行うことができ、容易にシャフトの加工を行うことが可能になり、高精度でインレットガイドベーンを製作することが可能になるとともに、製作コストを低減することが可能になる。

また、本発明のターボ圧縮機及び冷凍機によれば、本発明に係るインレットガイドベーンを備えることで、消費動力を減少させることができ、性能を向上させることが可能になる。冷凍機においては、ＣＯＰ（成績係数）を高めることが可能になる。

以下、図１から図８を参照し、本発明の一実施形態に係るインレットガイドベーン及びターボ圧縮機並びに冷凍機について説明する。なお、本実施形態は、水等の冷却対象物を冷却あるいは冷凍する冷凍機に関し、複数段に分けて冷媒の圧縮を行うように構成したターボ圧縮機を備える冷凍機に関するものである。

図１は、本実施形態におけるターボ冷凍機Ｓ１（冷凍機）の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態におけるターボ冷凍機Ｓ１は、例えば空調用の冷却水を生成するためにビルや工場に設置されるものであり、図１に示すように、凝縮器１と、エコノマイザ２と、蒸発器３と、ターボ圧縮機４とを備えている。

凝縮器１は、気体状態で圧縮された冷媒（流体）である圧縮冷媒ガスＸ１が供給され、この圧縮冷媒ガスＸ１を冷却液化することによって冷媒液Ｘ２とするものである。この凝縮器１は、図１に示すように、圧縮冷媒ガスＸ１が流れる流路Ｒ１を介してターボ圧縮機４と接続されており、冷媒液Ｘ２が流れる流路Ｒ２を介してエコノマイザ２と接続されている。なお、流路Ｒ２には、冷媒液Ｘ２を減圧するための膨張弁５が設置されている。

エコノマイザ２は、膨張弁５にて減圧された冷媒液Ｘ２を一時的に貯留するものである。このエコノマイザ２は、冷媒液Ｘ２が流れる流路Ｒ３を介して蒸発器３と接続されており、エコノマイザ２にて生じた冷媒の気相成分Ｘ３が流れる流路Ｒ４を介してターボ圧縮機４と接続されている。なお、流路Ｒ３は、冷媒液Ｘ２をさらに減圧するための膨張弁６が設置されている。また、流路Ｒ４は、ターボ圧縮機４が備える後述する第２圧縮段２２に気相成分Ｘ３を供給するようにターボ圧縮機４と接続されている。

蒸発器３は、冷媒液Ｘ２を蒸発させて水等の冷却対象物から気化熱を奪うことによって冷却対象物を冷却するものである。この蒸発器３は、冷媒液Ｘ２が蒸発されることによって生じる冷媒ガスＸ４が流れる流路Ｒ５を介してターボ圧縮機４と接続されている。なお、流路Ｒ５は、ターボ圧縮機４が備える後述する第１圧縮段２１と接続されている。

ターボ圧縮機４は、冷媒ガスＸ４を圧縮して上記圧縮冷媒ガスＸ１とするものである。このターボ圧縮機４は、上述のように圧縮冷媒ガスＸ１が流れる流路Ｒ１を介して凝縮器１と接続されており、冷媒ガスＸ４が流れる流路Ｒ５を介して蒸発器３と接続されている。

このように構成されたターボ冷凍機Ｓ１においては、流路Ｒ１を介して凝縮器１に供給された圧縮冷媒ガスＸ１は、凝縮器１によって液化冷却されて冷媒液Ｘ２とされる。
冷媒液Ｘ２は、流路Ｒ２を介してエコノマイザ２に供給される際に膨張弁５によって減圧され、減圧された状態にてエコノマイザ２において一時的に貯留された後、流路Ｒ３を介して蒸発器３に供給される際に膨張弁６によってさらに減圧され、さらに減圧された状態にて蒸発器３に供給される。
蒸発器３に供給された冷媒液Ｘ２は、蒸発器３によって蒸発されて冷媒ガスＸ４とされ、流路Ｒ５を介してターボ圧縮機４に供給される。
ターボ圧縮機４に供給された冷媒ガスＸ４は、ターボ圧縮機４によって圧縮されて圧縮冷媒ガスＸ１とされ、再び流路Ｒ１を介して凝縮器１に供給される。
なお、冷媒液Ｘ２がエコノマイザ２に貯留されている際に発生した冷媒の気相成分Ｘ３は、流路Ｒ４を介してターボ圧縮機４に供給され、冷媒ガスＸ４と共に圧縮されて圧縮冷媒ガスＸ１として流路Ｒ１を介して凝縮器１に供給される。
そして、このようなターボ冷凍機Ｓ１では、蒸発器３にて冷媒液Ｘ２を蒸発される際に、冷却対象物から気化熱を奪うことによって、冷却対象物の冷却あるいは冷凍を行う。

ついで、ターボ圧縮機４についてより詳細に説明する。図２は、ターボ圧縮機４の水平断面図である。また、図３はターボ圧縮機４の垂直断面図である。また、図４は、ターボ圧縮機４が備える圧縮機ユニット２０を拡大した垂直断面図である。
これらの図に示すように、本実施形態におけるターボ圧縮機４は、モータユニット１０と、圧縮機ユニット２０と、ギアユニット３０とを備えている。

モータユニット１０は、出力軸１１を有すると共に圧縮機ユニット２０を駆動させるための駆動源となるモータ１２と、該モータ１２を囲むと共に上記モータ１２を支持するモータハウジング１３とを備えている。
なお、モータ１２の出力軸１１は、モータハウジング１３に固定される第１軸受１４と第２軸受１５とによって回転可能に支持されている。
また、モータハウジング１３は、ターボ圧縮機４を支持する脚部１３ａを備えている。そして、脚部１３ａの内部は、中空とされており、ターボ圧縮機４の摺動部位に供給される潤滑油が回収されると共に貯留される油タンク４０として用いられる。

圧縮ユニット２０は、冷媒ガスＸ４（図１参照）を吸入して圧縮する第１圧縮段２１（圧縮手段）と、第１圧縮段２１にて圧縮された冷媒ガスＸ４をさらに圧縮して圧縮冷媒ガスＸ１（図１参照）として排出する第２圧縮段２２（圧縮手段）とを備えている。

第１圧縮段２１は、スラスト方向から供給される冷媒ガスＸ４に速度エネルギを付与してラジアル方向に排出する第１インペラ２１ａ（インペラ）と、第１インペラ２１ａによって冷媒ガスＸ４に付与された速度エネルギを圧力エネルギに変換することによって圧縮する第１ディフューザ２１ｂと、第１ディフューザ（ディフューザ）２１ｂによって圧縮された冷媒ガスＸ４を第１圧縮段２１の外部に導出する第１スクロール室２１ｃと、冷媒ガスＸ４を吸入して第１インペラ２１ａに供給する吸入口２１ｄを備えている。
なお、第１ディフューザ２１ｂ、第１スクロール室２１ｃ及び吸入口２１ｄの一部は、第１インペラ２１ａを囲う第１ハウジング２１ｅによって形成されている。

第１インペラ２１ａは、回転軸２３に固定され、回転軸２３がモータ１２の出力軸１１から回転動力を伝達されて回転されることによって回転駆動される。

また、第１圧縮段２１の第１インペラ２１ａの回転によって冷媒ガスＸ４が吸入される吸入口２１ｄには、複数のインレットガイドベーン２４が設置されている。このインレットガイドベーン２４は、図５及び図６に示すように、棒状のシャフト２５と、このシャフト２５の先端に互いの軸線Ｏ１を同軸上に配した状態で繋がる板状のベーン本体２６とから構成されている。

ベーン本体２６は、図６に示すように側面視で略扇状に形成され、すなわちシャフト２５に繋がる軸線Ｏ１方向後端２６ａ側が吸入口２１ｄの内周面２１ｇ（図２から図４参照）と同等の曲率をもって円弧状に形成され、軸線Ｏ１方向後端２６ａから先端２６ｂに向かうに従い漸次その幅Ｂ１が小となるように形成されている。また、ベーン本体２６は、図５から図８に示すように、後端２６ａ側の軸線Ｏ１上に配設されてシャフト２５と繋がる平行部２７と、この平行部２７に繋がって幅方向Ｂ外側に延び且つ軸線Ｏ１方向先端２６ｂまで延びるテーパー部２８とで構成されている。

平行部２７は、シャフト２５に繋がる軸線Ｏ１方向後端２７ａから先端２７ｂまで厚さＨ１が一定に形成されている。また、この平行部２７は、軸線Ｏ１方向の長さＬ１がベーン本体２６の長さＬ２の１／４以上で１／２以下となるように形成されている。

一方、テーパー部２８は、第１テーパー部２８ａと第２テーパー部２８ｂとからなり、第１テーパー部２８ａは、軸線Ｏ１上に配設され、後端が平行部２７の先端２７ｂに繋がりベーン本体２６の先端２６ｂ近傍まで軸線Ｏ１方向に沿って延設されている。また、第１テーパー部２８ａは、後端から軸線Ｏ１方向先端（軸線Ｏ１方向先端側の外縁）に向かうに従い漸次その幅Ｂ２及び厚さＨ２が小となるように形成されている。第２テーパー部２８ｂは、平行部２７及び第１テーパー部２８ａの幅方向Ｂ両側にそれぞれ平行部２７及び第１テーパー部２８ａに繋げて配設され、ベーン本体２６の後端２６ａから先端２６ｂまで延設されている。また、第２テーパー部２８ｂは、幅方向Ｂ外側（幅方向Ｂの外縁）に向かうに従い且つ後端から先端（軸線Ｏ１方向先端側の外縁）に向かうに従い漸次その厚さＨ３が小となるように形成されている。

すなわち、本実施形態のインレットガイドベーン２４のベーン本体２６は、平行部２７の両側面２７ｃ，２７ｄが軸線Ｏ１方向に沿って平行する平面で形成され、第１テーパー部２８ａの両側面２８ｃ，２８ｄが軸線Ｏ１方向先端２６ｂに向かうに従って近づく（厚さ方向Ｈ内側に傾斜する）平面で形成され、第２テーパー部２８ｂの両側面２８ｅ，２８ｆが軸線Ｏ１方向先端２６ｂに向かうに従って近づき（厚さ方向Ｈ内側に傾斜し）、且つ幅方向Ｂ外側に向かうに従って近づく（幅方向Ｂ内側に傾斜する）平面で形成されている。これにより、ベーン本体２６（インレットガイドベーン２４）の両側面は曲面を備えず平面を組み合わせて形成されている。なお、平行部２７と第１テーパー部２８ａと第２テーパー部２８ｂの各一側面２７ｃ，２８ｃ，２８ｅが冷媒ガスＸ４の吸入量及び流れ方向の調節時に正圧になる側の側面であり、各他側面２７ｄ，２８ｄ，２８ｆが負圧になる側の側面である。

そして、本実施形態のインレットガイドベーン２４は、従来と同様に鋳造によって鋳物として成形される。このとき、ベーン本体２６の両側面が平面を組み合わせて形成されているため、従来の翼状に形成する場合（両側面を曲面で形成する場合）と比較し、容易に精度よくベーン本体２６が成形される。

また、シャフト２５は、図５及び図６の破線で示すように予め寸法を大きく成形しておき、鋳造後に削り加工によって精度を確保することになる。このとき、ベーン本体２６を保持してシャフト２５の加工を行うことになるが、本実施形態では、ベーン本体２６に平行部２７によって互いに軸線Ｏ１方向に沿って平行する側面２７ｃ，２７ｄが形成されているため、この平行部２７を保持（把持）することで、すなわち平行部２７の両側面２７ｃ，２７ｄをつかみ代として利用することで、従来の翼状に成形したもの（両側面を曲面で形成したもの）と比較し、容易に軸線Ｏ１方向を所望の方向に合わせて基準出しが行える。特に、平行部２７の長さＬ１がベーン本体２６の長さＬ２の１／４以上で形成されていることにより、平行部２７の両側面２７ｃ，２７ｄをつかみ代として利用して、確実に基準出しが行える。これにより、シャフト２５の加工が容易に行え、インレットガイドベーン２４が高精度で製作されるとともに、その製作コストの低減が図られる。

そして、このように構成したインレットガイドベーン２４は、図２から図４に示すように、第１ハウジング２１ｅに固定された駆動機構２１ｈにシャフト２５を取り付けて支持させ、ベーン本体２６を吸入口２１ｄの内周面２１ｇから内側に突出させた状態で設置される。また、複数のインレットガイドベーン２４が吸入口２１ｄの周方向に等間隔で並設される。このとき、インレットガイドベーン２４が高精度で形成されていることで、軸線Ｏ１方向が吸入口２１ｄの径方向に一致した状態で精度よく設置される。そして、各インレットガイドベーン２４は、駆動機構２１ｈの駆動によってベーン本体２６の一側面（正圧側の側面）を冷媒ガスＸ４の流れ方向後方側に正対させた状態から流れ方向に沿う９０度の範囲で軸線Ｏ１回りに回動可能に設置される。

第２圧縮段２２は、第１圧縮段２１にて圧縮されると共にスラスト方向から供給される冷媒ガスＸ４に速度エネルギを付与してラジアル方向に排出する第２インペラ２２ａと、第２インペラ２２ａによって冷媒ガスＸ４に付与された速度エネルギを圧力エネルギに変換することによって圧縮して圧縮冷媒ガスＸ１として排出する第２ディフューザ（ディフューザ）２２ｂと、第２ディフューザ２２ｂから排出された圧縮冷媒ガスＸ１を第２圧縮段２２の外部に導出する第２スクロール室２２ｃと、第１圧縮段２１にて圧縮された冷媒ガスＸ４を第２インペラ２２ａに導く導入スクロール室２２ｄとを備えている。

第２インペラ２２ａは、上記回転軸２３に第１インペラ２１ａと背面合わせとなるように固定され、回転軸２３がモータ１２の出力軸１１から回転動力を伝達されて回転されることによって回転駆動される。

第２スクロール室２２ｃは、圧縮冷媒ガスＸ１を凝縮器１に供給するための流路Ｒ１と接続されており、第２圧縮段２２から導出した圧縮冷媒ガスＸ１を流路Ｒ１に供給する。

なお、第１圧縮段２１の第１スクロール室２１ｃと、第２圧縮段２２の導入スクロール室２２ｄとは、第１圧縮段２１及び第２圧縮段２２とは別体で設けられる外部配管（不図示）を介して接続されており、該外部配管を介して第１圧縮段２１にて圧縮された冷媒ガスＸ４が第２圧縮段２２に供給される。この外部配管には、上述の流路Ｒ４（図１参照）が接続されており、エコノマイザ２にて発生した冷媒の気相成分Ｘ３が外部配管を介して第２圧縮段２２に供給される構成となっている。

また、回転軸２３は、第１圧縮段２１と第２圧縮段２２との間の空間５０において第２圧縮段２２の第２ハウジング２２ｅに固定される第３軸受２９ａと、モータユニット１０側において第２ハウジング２２ｅに固定される第４軸受２９ｂとによって回転可能に支持されている。

ギアユニット３０は、モータ１２の出力軸１１の回転動力を回転軸２３に伝達するためのものであり、モータユニット１０のモータハウジング１３と圧縮機ユニット２０の第２ハウジング２２ｅとによって形成される空間６０に収納されている。
このギアユニット３０は、モータ１２の出力軸１１に固定される大径歯車３１と、回転軸２３に固定されると共に大径歯車３１と噛み合う小径歯車３２とによって構成されており、出力軸１１の回転数に対して回転軸２３の回転数が増加するようにモータ１２の出力軸１１の回転動力を回転軸２３に伝達する。

また、ターボ圧縮機４は、軸受（第１軸受１４，第２軸受１５，第３軸受２９ａ，第４軸受２９ｂ）、インペラ（第１インペラ２１ａ，第２インペラ２２ａ）とハウジング（第１ハウジング２１ｅ，第２ハウジング２２ｅ）との間、及びギアユニット３０等の摺動部位に油タンク４０に貯留された潤滑油を供給する潤滑油供給装置７０を備えている。

ついで、このように構成されたターボ圧縮機４の動作について説明し、本実施形態のインレットガイドベーン２４及びターボ圧縮機４並びにターボ冷凍機Ｓ１の作用及び効果について説明する。

まず、潤滑油供給装置７０によって、ターボ圧縮機４の摺動部位に油タンク４０から潤滑油が供給され、その後モータ１２が駆動される。そして、モータ１２の出力軸１１の回転動力がギアユニット３０を介して回転軸２３に伝達され、これによって圧縮機ユニット２０の第１インペラ２１ａと第２インペラ２２ａとが回転駆動される。

第１インペラ２１ａが回転すると、第１圧縮段２１の吸入口２１ｄが負圧状態となり、流路Ｒ５からの冷媒ガスＸ４が吸入口２１ｄを介して第１圧縮段２１に流入する。このとき、駆動機構２１ｈを駆動し、吸入口２１ｄに設置された各インレットガイドベーン２４を回動させて、ベーン本体２６の正圧側の側面を冷媒ガスＸ４の流れ方向に対して適宜の迎え角（回動角）で回動させることにより、第１圧縮段２１への冷媒ガスＸ４の吸入量及び流れ方向が調節される。

そして、本実施形態においては、ベーン本体２６が、テーパー部２８（第１テーパー部２８ａ及び第２テーパー部２８ｂ）を備え、幅方向Ｂ外側に向かうに従い厚さＨ３が小さくなるように、且つ軸線Ｏ１方向先端２６ｂに向かうに従い厚さＨ２，Ｈ３が小さくなるように形成されている。このため、従来の正圧側の側面及び負圧側の側面を曲面として翼状に形成した場合と同様に、第１インペラ２１ａの回転駆動に対してベーン本体２６（インレットガイドベーン２４）の吸入量及び流れ方向の調節に伴う圧力損失が小さくなる。特に、吸入口２１ｄの中心部は最も冷媒ガスＸ４の流速が大きくなり、圧力損失がこの流速の２乗に比例するため、ベーン本体２６の先端２６ｂ側の形状が大きく圧力損失に影響することになるが、ベーン本体２５がテーパー部２８を備え、軸線Ｏ１方向先端２６ｂに向かうに従い、すなわち吸入口２１ｄの中心部側に向かうに従い漸次その厚さＨ２，Ｈ３が小さく形成されていることで、確実に圧力損失が小さくなる。

このようにインレットガイドベーン２４によって吸入量及び流れ方向が調節されて第１圧縮段２１の内部に流入した冷媒ガスＸ４は、第１インペラ２１ａに確実にスラスト方向から流入し、第１インペラ２１ａによって速度エネルギを付与されてラジアル方向に排出される。このとき、インレットガイドベーン２４によって吸入量及び流れ方向を調節する際の圧力損失が小さいため、スラスト方向から流入した冷媒ガスＸ４により、第１インペラ２１ａの消費動力ひいてはターボ圧縮機４の消費動力が確実に且つ効果的に減少する。

なお、第１ディフューザ２１ｂから排出された冷媒ガスＸ４は、第１スクロール室２１ｃを介して第１圧縮段２１の外部に導出され、外部配管を介して第２圧縮段２２に供給される。そして、第２圧縮段２２に供給された冷媒ガスＸ４は、導入スクロール室２２ｄを介してスラスト方向から第２インペラ２２ａに流入し、第２インペラ２２ａによって速度エネルギを付与されたラジアル方向に排出される。第２インペラ２２ａから排出された冷媒ガスＸ４は、第２ディフューザ２２ｂによって速度エネルギを圧力エネルギに変換されることでさらに圧縮されて圧縮冷媒ガスＸ１とされる。

したがって、本実施形態のインレットガイドベーン２４においては、ベーン本体２６にテーパー部２８が設けられていることにより、ベーン本体を翼状に形成したインレットガイドベーンと同様に、冷媒ガスＸ４の流れを乱すことなく吸入量及び流れ方向を調節することができ、確実に圧力損失を小さくすることができる。

また、ベーン本体２６の両側面が平面を組み合わせて形成されているため、従来の翼状に形成する場合（両側面を曲面で形成する場合）と比較し、容易に精度よくベーン本体２６を製作することができる。さらに、軸線Ｏ１上に、両側面２７ｃ，２７ｄが軸線Ｏ１方向に沿って平行に形成された平行部２７を備えているため、鋳造後のシャフト２５の加工時に、この平行部２７を保持することで容易に基準出しを行うことができる。これにより、インレットガイドベーン２４の製作コストを低減することが可能になる。

また、平行部２７がシャフト２５に繋がる軸線Ｏ１方向後端２６ａ側に設けられていることによって、テーパー部２８を流速の大きい吸入口２１ｄの中心部側に配置される先端２６ｂ側に大きく設けることができ、ベーン本体２６の先端２６ａ側の厚さＨ２，Ｈ３を確実に小さくすることが可能になる。これにより、確実に圧力損失を小さくすることが可能になる。

さらに、平行部２７がベーン本体２６の長さＬ２の１／４以上の長さＬ１で形成されていることにより、シャフト２５の加工時に確実にこの平行部２７を保持して基準出しを行うことが可能である。また、平行部２７がベーン本体２６の長さＬ２の１／２以下の長さＬ１で形成されていることにより、流速の大きい吸入口２１ｄの中心部側に配置される先端２６ｂ側に設けたテーパー部２８で、冷媒ガスＸ４の流れを乱すことなく吸入量及び流れ方向を調節することができ、確実に圧力損失を小さくすることができる。

そして、このようなインレットガイドベーン２４を備えることにより、本実施形態のターボ圧縮機４及びターボ冷凍機Ｓ１の消費動力を減少させることができ、性能を向上させることが可能になる。また、ターボ冷凍機Ｓ１においては、ＣＯＰ（成績係数）を高めることが可能になる。

なお、本発明は、上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、インレットガイドベーン２４のベーン本体２６の平行部２７がシャフト２５に繋がるベーン本体２６の軸線Ｏ１方向後端２６ａに設けられているものとしたが、平行部２７はシャフト２５に繋がる後端２６ａに設けることに特に限定する必要はない。

また、テーパー部２８が、第１テーパー部２８ａと第２テーパー部２８ｂとからなり、第１テーパー部２８ａは、後端から軸線Ｏ１方向先端に向かうに従い漸次その幅Ｂ２及び厚さＨ２が小となるように、第２テーパー部２８ｂは、幅方向Ｂ外側（幅方向Ｂの外縁）に向かうに従い且つ後端から先端（軸線Ｏ１方向先端側の外縁）に向かうに従い漸次その厚さＨ３が小となるように形成されているものとして説明を行った。しかしながら、本発明においては、幅方向Ｂの外縁及び軸線Ｏ１方向先端２６ｂ側の外縁に向かうに従ってテーパー部２８の両側面が近づくように形成されていればよく、一定の比率で第１テーパー部２８ａや第２テーパー部２８ｂの厚さＨ２，Ｈ３が変化する必要はない。

また、本実施形態では、インレットガイドベーン２４がターボ圧縮機４の吸入口２１ｄに設置されるものとして説明を行ったが、本発明に係るインレットガイドベーンは、ターボ圧縮機に用いることに限定する必要はない。

本発明の一実施形態に係るターボ冷凍機の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るターボ冷凍機が備えるターボ圧縮機の水平断面図である。 本発明の一実施形態に係るターボ冷凍機が備えるターボ圧縮機の垂直断面図である。 図３の要部拡大図である。 本発明の一実施形態に係るインレットガイドベーンの正面図である。 本発明の一実施形態に係るインレットガイドベーンの側面図である。 図６のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 図６のＸ２−Ｘ２線矢視図である。

符号の説明

１……凝縮器、３……蒸発器、４……ターボ圧縮機、２１……第１圧縮段（圧縮手段）、２１ａ……第１インペラ（インペラ）、２１ｂ……第１ディフューザ（ディフューザ）、２１ｄ……吸入口、２１ｇ……内周面、２１ｈ……駆動機構、２２……第２圧縮段（圧縮手段）、２２ａ……第２インペラ、２２ｂ……第２ディフューザ（ディフューザ）、２４……インレットガイドベーン、２５……シャフト、２６……ベーン本体、２６ａ……後端、２６ｂ……先端、２７……平行部、２７ｃ……平行部の側面（正圧側の側面）、２７ｄ……平行部の側面（負圧側の側面）、２８……テーパー部、Ｘ１……圧縮冷媒ガス、Ｘ２……冷媒液、Ｘ３……気相成分、Ｘ４……冷媒ガス（流体）、Ｂ……幅方向、Ｈ……厚さ、Ｌ１……平行部の長さ、Ｌ２……ベーン本体の長さ、Ｏ１……軸線、Ｓ１……冷凍機

Claims (5)

1. インペラの回転によって流体が吸入される吸入口に軸線回りに回動可能に設置されて、前記流体の吸入量及び流れ方向を調節するためのインレットガイドベーンであって、
   回動可能に支持させるための棒状のシャフトと、該シャフトに繋がり前記吸入口の内周面から中心部に向けて突設される板状のベーン本体とからなり、
   前記ベーン本体は、前記流体の吸入量及び流れ方向の調節時に正圧になる側の側面と負圧になる側の側面が、幅方向の外縁及び前記軸線方向先端側の外縁に向かうに従って近づくように形成されたテーパー部と、
   前記軸線上に配置され、前記正圧になる側の側面と前記負圧になる側の側面が前記軸線方向に沿って平行に形成された平行部とを備えていることを特徴とするインレットガイドベーン。
2. 請求項１記載のインレットガイドベーンにおいて、
   前記平行部が前記シャフトに繋がる前記軸線方向後端側に設けられていることを特徴とするインレットガイドベーン。
3. 請求項１または請求項２に記載のインレットガイドベーンにおいて、
   前記平行部が前記ベーン本体の前記軸線方向の長さの１／４以上で１／２以下の長さを備えて形成されていることを特徴とするインレットガイドベーン。
4. インペラとディフューザとを備える圧縮手段が流体の流れに対して直列に複数段配置され、複数の前記圧縮手段にて前記流体を順次圧縮可能であると共に最終段の圧縮手段にて圧縮された前記流体を凝縮器に供給可能なターボ圧縮機であって、
   前記インペラの回転によって前記流体が吸入される吸入口に請求項１から請求項３のいずれかに記載のインレットガイドベーンが設置されていることを特徴とするターボ圧縮機。
5. 圧縮された冷媒を冷却液化する凝縮器と、液化された前記冷媒を蒸発させて冷却対象物から気化熱を奪うことによって前記冷却対象物を冷却する蒸発器と、前記蒸発器にて蒸発された前記冷媒を圧縮して前記凝縮器に供給する圧縮機とを備える冷凍機であって、
   前記圧縮機として、請求項４記載のターボ圧縮機を備えることを特徴とする冷凍機。

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