JP2009281277A - 遠心圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な構成で非接触シールの下流側の圧力を高めることができる遠心圧縮機を提供する。
【解決手段】遠心圧縮機では、インペラ３２と軸受６Ａとの間に非接触シール３８が配置されており、非接触シール３８と軸受６Ａの間の環状空間３５が囲繞部材８で取り囲まれている。囲繞部材８には、環状空間３５に開口する貯留室８３が設けられている。環状空間３５は、回転軸２と共に回転する回転板７によって、軸受側空間３５Ａとシール側空間３５Ｂとに仕切られている。回転板７には、軸受側空間３５Ａとシール側空間３５Ｂとを連通させる貫通孔７４が設けられているとともに、貫通孔７４から回転板７の内部を通って端面７ａに開口する吐出路７３が設けられている。
【選択図】図５

Description

本発明は、遠心圧縮機およびこれを用いた冷凍サイクル装置に関する。

従来、例えば冷凍空調機などに使用される冷凍サイクル装置として、圧縮手段、凝縮器、膨張手段、蒸発器がループ状に接続された冷媒回路を備えるものが知られている。冷媒回路を循環する冷媒としては、代替フロンなどがよく用いられているが、近年では環境負荷の小さな水を用いることが研究され始めている。このように冷媒として水を用いる場合には、体積流量が大きくなるために、圧縮手段としてターボ形圧縮機を用いることが好ましい。

ところで、例えば家庭用の冷凍空調機に適した冷凍サイクル装置とするためには、室外ユニット内に納める圧縮機を小型化することが求められる。この場合には単段で高い圧力比が得られる遠心圧縮機が適している（例えば、特許文献１参照）。

遠心圧縮機では、一般的に、インペラが固定された回転軸が軸受によって回転可能に支持されるとともに、軸受とインペラとの間にラビリンスシールに代表される非接触シールが設けられる。そして、非接触シールによって圧縮後の作動流体が軸受に至ることが規制される。

しかし、冷媒として水を用いる場合、すなわち作動流体が水である場合には、水が腐食性のものであるために、軸受への作動流体の流れ込みを極力少なくすることが好ましい。ところが、非接触シールは、回転部と固定部の間に隙間を有するものであるため、作動流体を完全に遮ることはできず、前記の隙間から作動流体が僅かに漏れ出てしまう。この作動流体の漏れ量を低減させるには、非接触シールの下流側の圧力を高くすることが効果的である。

例えば特許文献２には、遠心圧縮機に関する技術ではないが、ラビリンスシールの下流側の圧力を高くするための構成を採用したスピンドル装置が開示されている。このスピンドル装置では、ラビリンスシール側を向く壁面に僅かな隙間を隔てて対向するフランジが回転軸に取り付けられ、前記の壁面側を向くフランジの裏面に放射状の溝が形成されている。そして、フランジが回転することにより、遠心ポンプ作用でラビリンスシールの下流側の圧力が高められるようになっている。
特開平１１−１３６８７号公報 特開２００１−２４１５５５号公報

しかしながら、特許文献２に示された構造では、フランジに形成された溝が壁面に向かって開口していてその開口からも流体が押し出されてしまうので、効率的な遠心ポンプ作用を得るためには、フランジの裏面と壁面との隙間を可能な限り小さくしなければならない。そのためには、個々の部品の加工精度を高くして回転軸の軸方向における積み上げ誤差を所定範囲内に収めなければならず、コストが高くなる。

本発明は、このような事情に鑑み、安価な構成で非接触シールの下流側の圧力を高めることができる遠心圧縮機およびこの遠心圧縮機を用いた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、作動流体を圧縮するインペラが一端に固定された回転軸と、前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、前記軸受から前記インペラ側に離れた位置に配置された、前記回転軸２に嵌合する回転部と固定部の間に隙間を有する非接触シールと、前記非接触シールと前記軸受の間の環状空間を取り囲む囲繞部材であって、前記環状空間に対して前記回転軸の径方向内向きに開口する環状の貯留室を有する囲繞部材と、前記回転軸から前記貯留室内に入り込むリング状の形状を有し、前記回転軸と共に回転する回転板であって、前記貯留室の前記軸受側の壁面に近接する位置に配置されて、前記環状空間を前記軸受に面する軸受側空間と前記非接触シールの隙間および前記貯留室の開口と連通するシール側空間とに仕切る回転板と、を備え、前記回転板には、前記軸受側空間と前記シール側空間とを連通させる貫通孔が設けられているとともに、前記貫通孔から回転板の内部を通って径方向外側を向く端面に開口する吐出路が設けられている、遠心圧縮機を提供する。

また、本発明は、上記の遠心圧縮機、凝縮器、膨張手段、蒸発器がループ状に接続された冷媒回路を備え、前記冷媒回路には、冷媒として水が充填されている、冷凍サイクル装置を提供する。

前記の構成によれば、回転板が回転すると、軸受側空間内の流体およびシール側空間内の流体が貫通孔から吸い込まれて吐出路から貯留室内に吐出される。吐出路は、回転板の内部を通って端面に開口しているので、回転板の回転だけで遠心ポンプ作用が得られる。すなわち、他の部品の加工精度を高くすることなく効率的な遠心ポンプ作用を得ることができる。また、回転板は、貯留室の軸受側の壁面に近接する位置に配置されているので、吐出された流体は回転板と壁面の間の隙間を通って軸受側空間内に戻り難く、これにより貯留室内およびこれと連続するシール側空間内の圧力が高くなる。従って、本発明によれば、非接触シールの下流側の圧力を安価な構成で高くすることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機１を示し、図２は、遠心圧縮機１を用いた冷凍サイクル装置１０を示す。

図２に示すように、冷凍サイクル装置１０は、冷媒を循環させる冷媒回路１１を備えている。この冷媒回路１１は、冷媒を圧縮する遠心圧縮機１と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器１２と、凝縮した冷媒を膨張させる膨張手段１３と、膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器１４とが配管によりループ状に接続されて構成されている。膨張手段１３は、単なる膨張弁であってもよいし、膨張する冷媒から動力を回収する膨張機であってもよい。

冷媒回路１１には、冷媒として水が充填されている。冷媒回路１１内の圧力は大気圧よりも低い負圧とされており、例えば、低圧側の圧力は１．２ｋＰａ、高圧側の圧力は６．３ｋＰａである。蒸発器１４では、冷媒が被冷却流体と熱交換することにより冷媒蒸気（水蒸気）が生成される。蒸発器１４で生成された冷媒蒸気は、遠心圧縮機１で圧縮されて凝縮器１２に送られる。凝縮器１２では、冷媒が被加熱流体と熱交換することにより冷媒液が生成される。凝縮器１２で生成された冷媒液は、膨張手段１３で膨張されて気液混合状態の冷媒となった後に蒸発器１４に送られる。

さらに、本実施形態では、冷媒回路１１とは別に送り管１５および戻り管１７が準備され、凝縮器１２と遠心圧縮機１とが送り管１５で接続されているとともに、遠心圧縮機１と蒸発器１４とが戻り管１７で接続されている。そして、凝縮器１２で凝縮された冷媒液が送り管１５、遠心圧縮機１内、および戻り管１７を流れることにより、遠心圧縮機１の冷却が行われるようになっている。この冷媒液の流通は、凝縮器１２内と蒸発器１４内との間の圧力差を利用して行われるために、ポンプは特に必要ではない。なお、送り管１５の途中には、遠心圧縮機１の冷却に用いられる冷媒液の量を調整するための流量調整弁１６が設けられている。

図１に示すように、遠心圧縮機１は、一端にインペラ３２が固定された回転軸２と、インペラの裏側に配置されたバックプレート３３と、インペラ３２の表側に配置されたカバー３１とを備えている。また、バックプレート３３の裏側には、回転軸２を回転させる電動機４と、電動機４を収容する電動機室５５を有するハウジング５と、バックプレート３３と共にハウジング５を収容するケーシング９とが配置されている。なお、本明細書では、説明の便宜のために、回転軸２の軸方向のうちインペラ３２側を前方、インペラ３２と反対側を後方という。

回転軸２は、中央から両端に向かうにつれて段々と径が細くなるような形状に形成されており、前方から後方に向かって、第１小径部２３Ａ、第１中径部２２Ａ、大径部２１、第２中径部２２Ｂ、第２小径部２３Ｂ、延出部２４を有している。そして、第１小径部２３Ａにインペラ３２が取り付けられている。

インペラ３２は、冷媒（作動流体）を圧縮するための複数枚の翼３２ａを有している。そして、インペラ３２が回転すると、冷媒が翼３２ａ間を通過する間に（図４中の矢印ａ参照）、冷媒の流速における回転円接線方向成分が増幅されて、冷媒の全エンタルピが増加する。

カバー３１は、バックプレート３３の周縁部に気密状に取り付けられていて、カバー３１の後面３１ｄとバックプレート３３の前面３３ｂとの間には、ディフューザ３４が形成されている。本実施形態では、ベーンレスディフューザが採用されている。このディフューザ３４は、インペラ３２によって増速された冷媒の流速を減速することにより、運動エネルギを静圧に変換する役割を果たす。これにより、摩擦による圧力損失の低下が抑制される。

具体的に、カバー３１は、インペラ３２の中央部分を前方に開放する筒状部３１ａと、筒状部３１ａを取り巻く渦巻き状のボリュート３１ｂを有している。そして、筒状部３１ａの前側の開口によって冷媒を吸入する吸入口３１Ａが形成され、ボリュート３１ｂの出口によって冷媒を吐出する吐出口３１Ｂが形成されている。ボリュート３１ｂは、ディフューザ３４と連通する内部空間を有していて、この内部空間で冷媒を旋回させることにより、冷媒の円滑な吐出を可能とするものである。なお、ディフューザ３４による冷媒の圧力回復が良好であれば、ボリュート３１ｂを省略して、ディフューザ３４の一端で吐出口３１Ｂを構成することも可能である。

ハウジング５は、円筒面を形成する外周面５ａを有している。この外周面５ａの前端部には、径方向外側に張り出すフランジ部５ｂが設けられており、このフランジ部５ｂがケーシング９の前端面９ａに図略のボルトにより固定されている。

ハウジング５には、電動機室５５の前側の位置に、前方に開口する第１凹部５３が設けられているとともに、電動機室５５の後側の位置に、後方に開口する第２凹部５４が設けられている。本実施形態では、第１凹部５３および第２凹部５４内に、回転軸２を回転可能に支持する軸受として転がり軸受６Ａ，６Ｂが配置されている。なお、第１凹部５３内および第２凹部５４内の構成については、後述にて詳細に説明する。

より詳しくは、ハウジング５は、第１凹部５３が設けられたハウジング本体５１と、第２凹部５４が設けられた蓋体５２とで構成されている。ハウジング本体５１は、後方に開口する内部空間５１ｃを有しており、第１凹部５３は、ハウジング本体５１の前端面５１ａから窪んでいる。蓋体５２は、ハウジング本体５１の後端部に嵌め込み可能な形状に形成されており、蓋体５２がハウジング本体５１の後端部に嵌め込まれることにより、内部空間５１ｃの開口が閉塞されて、電動機室５５が形成されている。なお、蓋体５２は、ハウジング本体５１の後端面５１ｂに図略のボルトにより固定されている。

電動機４は、電動機室５５の内周面に固定されたステータ４２と、回転軸２の大径部２１に固定されたロータ４１とを有している。ステータ４２は、ハウジング５の蓋体５２に設けられた貫通孔５２ａを通じて、後述するコネクタ９５の端子と配線４５により接続されており、外部からステータ４２に電力を供給可能となっている。

ケーシング９は、前後方向に延び、ハウジング５の外周面５ａと面接触する内周面９１ａを有する略円形筒状の側壁部９１と、側壁部９１の後端面に図略のボルトにより固定された底壁部９２とで構成されている。底壁部９２には、前述したコネクタ９５が取り付けられている。側壁部９１の外周面の前端部には、径方向外側に広がるフランジ部９１ｂが設けられており、このフランジ部９１ｂがバックプレート３３の後端面３３ａに図略のボルトで固定されている。なお、本実施形態では、回転軸２の延出部２４が第２小径部２３Ｂからケーシング９の底壁部９２に至る位置まで延びている。

さらに、本実施形態では、前述した送り管１５を通じて遠心圧縮機１に送られる冷媒液によって電動機４がハウジング５を介して冷却されるようになっている。具体的には、ハウジング５の外周面５ａには、電動機４を取り巻くように周方向に連続する環状の冷却溝５６が形成されている。冷却溝５６の底面には、前後方向に並ぶ複数の放熱フィン５６ａが設けられている。この冷却溝５６は、ケーシング９の側壁部９１の内周面９１ａによって閉塞されることにより、冷媒液を流すための流路５７を構成している。また、ケーシング９の側壁部９１には、冷媒液を送り管１５から流路５７に導入する導入口９３と、冷媒液を流路５７から戻り管１７に導出する導出口９４とが設けられている。

次に、第１凹部５３内および第２凹部５４内の構成について、図３（ａ）および図３（ｂ）を参照しながら詳細に説明する。第１凹部５３内に配置された前側の転がり軸受（以下、単に「第１軸受」という。）６Ａと第２凹部５４内に配置された後側の転がり軸受（以下、単に「第２軸受」という。）６Ｂは、同じものであり、これらは、それぞれ、第１中径部２２Ａまたは第２中径部２２Ｂに嵌合して回転軸２と供回りする内輪６１と、この内輪６１と転動体６３を挟んで対向する外輪６２とを有している。第１軸受６Ａおよび第２軸受６Ｂは、例えば、深溝玉軸受もしくはアンギュラ玉軸受などの玉軸受であってもよいし、円筒ころ軸受もしくは円錐ころ軸受などのころ軸受であってもよい。

図３（ｂ）に示すように、第２凹部５４内では、第２軸受６Ｂの内輪６１は、大径部２１の後端面に当接した状態で押えリング２５ＢおよびＣ形止め輪２６Ｂにより第２中径部２２Ｂに固定されている。一方、第２軸受６Ｂの外輪６２には、外周面で２つの弾性体６７を保持するスリーブ６５が装着されている。スリーブ６５は、第２凹部５４の底面５４ａに設けられた窪み５４ｃ内に挿入された圧縮コイルばね６６によって、後方に付勢されている。そして、外輪６２は、回転軸２の軸方向では、スリーブ６５および圧縮コイルばね６６を介して第２凹部５４の底面５４ａに支持されており、回転軸２の径方向では、スリーブ６５および弾性体６７を介して第２凹部５４の内周面５４ｂに支持されている。

スリーブ６５は、軸受で発生した熱を弾性体６７に伝わり難くするためのものであり、外輪６２を構成する材料よりも熱伝導率の低い材料で構成されている。弾性体６７は、スリーブ６５の外周面に設けられた保持溝６５ａ内に嵌め込まれている。この弾性体６７は、スリーブ６５を径方向内側に付勢することにより、回転軸２を正規の設計位置に保持しつつ回転軸２の振動を吸収する。弾性体６７としては、例えば円形断面を有するＯリングを好適に用いることができる。

なお、第２凹部５４の内周面５４ｂと底面５４ａとで形成されるコーナー部には、スリーブ６５の外周面に近接するように突出して、回転軸２の径方向におけるスリーブ６５の移動量を所定量以下に規制する環状の規制部５７が設けられている。

図３（ａ）に示すように、第１凹部５３内では、第１軸受６Ａの内輪６１は、大径部２１の前端面に当接した状態で押えリング２５ＡおよびＣ形止め輪２６Ａにより第１中径部２２Ａに固定されている。一方、第１軸受６Ａの外輪６２には、第２軸受６Ｂと同様に、外周面で２つの弾性体６７を保持するスリーブ６５が装着されている。そして、外輪６２は、回転軸２の軸方向では、スリーブ６５のみを介して第１凹部５３の底面５３ａに支持されており、回転軸２の径方向では、スリーブ６５および弾性体６７を介して第１凹部５３の内周面５３ｂに支持されている。

また、第１凹部５３内にも、内周面５３ｂと底面５３ａとで形成されるコーナー部に、スリーブ６５の外周面に近接するように突出し、回転軸２の径方向におけるスリーブ６５の移動量を所定量以下に規制する環状の規制部５７が設けられている。

さらに、第１凹部５３内には、第１軸受６Ａの外輪６２を前方から押える押え部材を兼ねる囲繞部材８が配置されているとともに、囲繞部材８の内側に回転板７および非接触シール３８が配置されている。第１凹部５３の内周面５３ｂには、当該内周面５３ｂが前方に向かうほど広がるように、第１段差部５３ｃと第２段差部５３ｄとが形成されており、囲繞部材８は、内周面５３ｂに沿う形状に形成されている。そして、囲繞部材８は図略の皿ボルトにより第２段差部５３ｄに固定されている。

囲繞部材８は、押えリング２５Ａの外側にスペースを確保するように回転軸２の第１中径部２２Ａと所定間隔を隔てて対向する内周面８ａを有している。図例では、内周面８ａの直径が第１軸受６Ａの外輪６２の前端面の内径と略一致している。本実施形態の非接触シール３８は、独立した部品で構成されており、Ｃ形止め輪２６Ａから前方に離れた位置で回転軸２の第１中径部２２Ａと囲繞部材８の内周面８ａとの間に嵌め込まれている。これにより、非接触シール３８と第１軸受６Ａの間に、囲繞部材８の内周面８ａで取り囲まれる環状空間３５が形成されている。また、囲繞部材８は、環状の貯留室８３を有しており、この貯留室８３は、非接触シール３８の直ぐ後側の位置で、環状空間３５に対して全周に亘って回転軸２の径方向内向きに開口している。換言すれば、図５に示すように、内周面８ａは、貯留室８３の開口８３ａによって、非接触シール３８と接する前側部分８２ａと、第１軸受６Ａにつづく後側部分８１ａとに分割されている。なお、内周面８ａは必ずしも全長に亘って一定径である必要はなく、例えば前側部分８２ａの直径と後側部分８１ａの直径が異なっていて、内周面８ａに段差が形成されていてもよい。

図４および図５に示すように、インペラ３２とバックプレート３３との間の隙間３９は、大きすぎると攪拌損失が大きくなり、小さすぎると摩擦損失が大きくなるため、適度な大きさに設定されている。このため、インペラ３２で圧縮された作動流体は、図４中の矢印ｂおよび図５中の矢印ｃで示すように、隙間３９を通ってバックプレート３３の裏側に流れ出す。非接触シール３８は、隙間３９を通って流れ出る圧縮後の冷媒が第１軸受６Ａに至るのを規制するためのものである。本実施形態では、非接触シール３８としてラビリンスシールが採用されている。より詳しくは、非接触シール３８は、回転軸２の第１中径部２２Ａに嵌合して回転軸２と供回りする回転部３８Ａと、回転部３８Ａを外側から取り囲み、囲繞部材８の内周面８ａの前側部分８２ａに固定される固定部３８Ｂと、回転部３８Ａと固定部３８Ｂの間に形成される隙間３８ａとを有している。

貯留室８３は、開口８３ａより奥側がインペラ３２側に広がる形状を有している。より詳しくは、貯留室８３は、断面略Ｌ字状をなしており、囲繞部材８の内周面８ａにおける後側部分８１ａの前端部から径方向外側に広がり、回転軸２の軸方向と直交するフラットな後壁面（軸受側の壁面）８３ｂを有している。

回転板７は、非接触シール３８とＣ形止め輪２６Ａの間に配置されており、回転軸２の第１中径部２２Ａから貯留室８３内に入り込む前後方向に扁平なリング状の形状を有している。より詳しくは、回転板７は、貯留室８３の後壁面８３ｂに近接する位置に配置されている。

ここで、図５を参照して囲繞部材８についてより詳細に説明すると、囲繞部材８は、回転板７を挟んで互いに嵌合する本体部８１とカバー部８２とを有している。

本体部８１は、内周面８ａの後側部分８１ａを構成する内周面と、回転板７の後面（正確には後述する鍔部７２の後面７２ａ）に対向し、貯留室８３の後壁面８３ｂを構成する対向面８１ｃと、対向面８１ｃを取り囲むように突出する環状の突出部８１ｄとを有している。さらに、本体部８１は、スリーブ６５の外周面と第１凹部５３の内周面５３ｂとの間に介在して、回転軸２の径方向におけるスリーブ６５の移動量を所定量以下に規制する第２の規制部８１ｂを有している。

一方、カバー部８２は、内周面８ａの前側部分８２ａを構成する内周面と、対向面８１ｃに向かって開口する環状の溝８２ｄを形成する内壁８２ｂおよび外壁８２ｃとを有している。

そして、本体部８１の突出部８１ｄとカバー部８２の外壁８２ｃとが嵌合することにより、本体部８１とカバー部８２の間に貯留室８３が形成されるとともに、対向面８１ｃの内周縁部と内壁８２ｂの先端とで貯留室８３の開口８３ａが形成されている。

次に、回転板７について詳細に説明する。

回転板７は、図５に示すように、第１中径部２２Ａに嵌合し、非接触シール３８の回転部３８ＡとＣ形止め輪２６Ａとに挟持される厚肉リング状のハブ７１と、ハブ７１の外周面の中央部から径方向外側に広がる薄肉リング状の鍔部７２とを有している。

鍔部７２の後面７２ａは、僅かな距離（例えば、本設計では０．２〜０．２５ｍｍ）を隔てて貯留室８３の後壁面８３ｂに対向している。このため、回転軸２が回転すると、回転板７は、貯留室８３の後壁面８３ｂに近接する位置で回転軸２と共に回転する。一方、鍔部７２の先端面は、回転板７の径方向外側を向く端面７ａを構成している。鍔部７２の後面７２ａと貯留室８３の後壁面８３ｂとの前後方向における重なり代は、後壁面８３ｂの面積の半分以上であることが好ましく、より好ましくは後壁面８３ｂの面積の３／４以上である。

ハブ７１の外径は、当該ハブ７１によって非接触シール３８の隙間３８ａが塞がれない程度に設定されている。このため、非接触シール３８から第１軸受６Ａまでの環状空間３５は、回転板７によって、第１軸受６Ａに面する軸受側空間３５Ａと、非接触シール３８の隙間３８ａおよび貯留室８３の開口８３ａと連通するシール側空間３５Ｂとに仕切られている。本実施形態では、ハブ７１の外径は、押えリング２５Ａの外径と略等しくなっている。

さらに、回転板７には、軸受側空間３５Ａとシール側空間３５Ｂとを連通させる複数（例えば、４個（回転板７のバランス修正を容易にするため、軸対象となる配置を取れる偶数個であることが望ましい））の貫通孔７４が設けられているとともに、各貫通孔７４から回転板７の内部を通って端面７ａに開口する吐出路７３が設けられている。貫通孔７４は、鍔部７２における囲繞部材８の内周面８ａよりも内側に寄った位置を前後方向に貫通するものであり、同一円周上に等角度間隔で設けられている。吐出路７３は、端面７ａから貫通孔７４に向かって径方向内向きに穿設された縦孔によって構成されている。

次に、回転板７の作用について説明する。

回転軸２の回転に伴って回転板７が回転すると、吐出路７３内に存在する流体（例えば空気）に、回転板７の回転数に応じた遠心力が加わり、吐出路７３内の流体が回転板７外に押し出される。この作用により、吐出路７３から吐出される流体には、回転板７の半径と回転数に応じたヘッド（エネルギ）が与えられる。一方、前記の作用により吐出路７３内の圧力が低下するため、貫通孔７４を通じた流体の吸い込みが行われる。すなわち、軸受側空間３５Ａ内の流体およびシール側空間３５Ｂ内の流体が貫通孔７４から吸い込まれて吐出路７３から貯留室８３内に吐出される運動が連続して行われる。

回転板７は、貯留室８３の後壁面８３ｂに近接する位置に配置されているので、吐出路７３から吐出された流体は、回転板７と後壁面８３ｂの間の隙間を通って軸受側空間３５Ａ内に戻り難い。このため、殆どの流体が回転板７の端面７ａと貯留室８３の側壁面との間の部分からその前方の広い空間（溝８２ｄ内）へ流れ込むようになる。ここで流体の流速が減速することにより、流体の運動エネルギ成分が静圧に変換される。これにより、貯留室８３内およびこれと連続するシール側空間３５Ｂ内の圧力が高くなる。すなわち、非接触シール３８の下流側の圧力を高くすることができる。

本実施形態の遠心圧縮機１では、吐出路７３が回転板７の内部を通って端面７ａに開口しているので、回転板７の回転だけで遠心ポンプ作用が得られる。すなわち、他の部品の加工精度を高くすることなく効率的な遠心ポンプ作用を得ることができ、安価な構成で非接触シール３８の下流側の圧力を高くすることができる。

また、貯留室８３の奥側がインペラ３２側に広がっているので、ヘッドの静圧への変換を安定して行うことができる。

さらに、本実施形態では、囲繞部材８が第１軸受６Ａの外輪６２を押える押え部材を兼ねるものであるので、それらを別々に設けるよりも部品点数を抑えることができる。換言すれば、押え部材を合理的に利用して囲繞部材８を構成することができる。

なお、前記実施形態では、回転板７の鍔部７２の後面７２ａと貯留室８３の後壁面８３ａとが共にフラットになっているが、これらを利用して第２の非接触シールを設けるようにしてもよい。例えば、回転板７の鍔部７２の後面７２ａおよび貯留室８３の後壁面８３ａに、互いに非接触状態で噛み合う同心状の凹凸を形成してもよいし、その凹凸が付与された部材を埋め込むようにしてもよい。このようにすれば、軸受側空間３５Ａへの流体の戻りをより積極的に抑制して、非接触シール３８の下流側の圧力をより効果的に高めることができる。

ところで、貯留室８３内で静圧を回復した流体は、時間の経過によって温度が上昇し、それ自体が加熱源となることもある。これを回避するために、例えば図６に示すように、貯留室８３の内部空間を外部に解放する逃がし路３６を設けるようにしてもよい。図６に示す逃がし路３６は、貯留室８３から遠心圧縮機１の外面に至る導通孔３６ａと、導通孔３６ａと接続された導通管３６ｂとを有しており、導通管３６ｂには、圧力調整弁３７が設けられている。このようにすれば、貯留室８３内および非接触シール３８の下流側の圧力を適度に保ちつつ、貯留室８３内の流体を外部に逃がして流体の温度上昇を抑えることができる。

また、非接触シール３８については、例えば固定部３８Ｂが囲繞部材８のカバー部８２を兼ねるような形状になっていてもよい。ただし、前記実施形態のように非接触シール３８が独立した部品で構成されていれば、組み付け性を向上させることができる。

さらに、非接触シール３８は、囲繞部材８の内側に配置されている必要はなく、囲繞部材８の外側（前方）に配置されていてもよい。すなわち、囲繞部材８は、非接触シール３８から第１軸受６Ａに至るまでの環状空間３５を取り囲むものであればよい。ただし、非接触シール３８が回転軸２の第１中径部２２Ａと囲繞部材８の内周面８ａとの間に嵌め込まれていれば、遠心圧縮機１の軸方向長さを抑えることができる。

また、囲繞部材８の構成は適宜変更可能であり、例えば、本体部８１がハウジング５に固定され、カバー部８２が本体部８１に取り付けられるようになっていてもよい。あるいは、カバー部８２および本体部８１を第１凹部５３の外側に配置し、第１凹部５３の外側から本体部８１で第１軸受６Ａの外輪を押えることも可能である。

また、本発明の軸受としては、転がり軸受以外にも例えばスラスト軸受またはジャーナル軸受などの滑り軸受を用いることができる。ただし、冷凍空調機向けの遠心圧縮機では、軸受潤滑油などのサイクル内への流出、すなわちＯＣＲ（Oil Circulation Ratio）を極力少なくするという観点から、軸受としては、グリース封入型の転がり軸受が特に好ましい。

本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機を示す断面図 図１に示した遠心圧縮機を用いた冷凍サイクル装置を示す概略構成図 （ａ）は第１凹部付近の拡大断面図、（ｂ）は第２凹部付近の拡大断面図 冷媒の流れを示す説明図 図４の要部拡大図 変形例の遠心圧縮機を示す拡大断面図

符号の説明

１ 遠心圧縮機
２ 回転軸
３２ インペラ
３３ バックプレート
３５ 環状空間
３５Ａ 軸受側空間
３５Ｂ シール側空間
３６ 逃がし路
３８ 非接触シール
３８Ａ 回転部
３８Ｂ 固定部
３８ａ 隙間
３９ 隙間
５３ 第１凹部
６Ａ 第１軸受（前側転がり軸受）
７ 回転板
７ａ 端面
７３ 吐出路
７４ 貫通孔
８ 囲繞部材（押え部材）
８ａ 内周面
８１ 本体部
８１ｃ 対向面
８１ｄ 突出部
８２ カバー部
８２ｂ 内壁
８２ｃ 外壁
８２ｄ 溝
８３ 貯留室
８３ａ 開口
８３ｂ 後壁面
１０ 冷凍サイクル装置
１１ 冷媒回路
１２ 凝縮器
１３ 膨張手段
１４ 蒸発器

Claims (11)

1. 作動流体を圧縮するインペラが一端に固定された回転軸と、
   前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、
   前記軸受から前記インペラ側に離れた位置に配置された、前記回転軸２に嵌合する回転部と固定部の間に隙間を有する非接触シールと、
   前記非接触シールと前記軸受の間の環状空間を取り囲む囲繞部材であって、前記環状空間に対して前記回転軸の径方向内向きに開口する環状の貯留室を有する囲繞部材と、
   前記回転軸から前記貯留室内に入り込むリング状の形状を有し、前記回転軸と共に回転する回転板であって、前記貯留室の前記軸受側の壁面に近接する位置に配置されて、前記環状空間を前記軸受に面する軸受側空間と前記非接触シールの隙間および前記貯留室の開口と連通するシール側空間とに仕切る回転板と、を備え、
   前記回転板には、前記軸受側空間と前記シール側空間とを連通させる貫通孔が設けられているとともに、前記貫通孔から回転板の内部を通って径方向外側を向く端面に開口する吐出路が設けられている、遠心圧縮機。
2. 前記貯留室は、前記開口より奥側が前記インペラ側に広がる形状を有している、請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 前記軸受は、前記インペラ側に開口する凹部内に配置された転がり軸受であり、前記囲繞部材は、前記軸受を前記インペラ側から押える押え部材を兼ねるものである、請求項１または２に記載の遠心圧縮機。
4. 前記囲繞部材は、前記回転軸と所定間隔を隔てて対向する内周面を有しており、前記非接触シールは、独立した部品で構成されていて、前記回転軸と前記囲繞部材の前記内周面との間に嵌め込まれている、請求項３に記載の遠心圧縮機。
5. 前記囲繞部材は、前記回転板を挟んで互いに嵌合する本体部とカバー部とを有している、請求項４に記載の遠心圧縮機。
6. 前記本体部は、前記回転板の前記軸受側の面に対向し、前記貯留室の前記軸受側の壁面を構成する対向面と、前記対向面を取り囲むように突出する突出部とを有しており、
   前記カバー部は、前記対向面に向かって開口する環状の溝を形成する内壁および外壁を有しており、
   前記突出部と前記外壁とが嵌合し、前記対向面の内周縁部と前記内壁の先端とで前記貯留室の開口が形成されている、請求項５に記載の遠心圧縮機。
7. 前記インペラの裏側に配置されたバックプレートをさらに備え、
   前記非接触シールは、前記インペラと前記バックプレートの間の隙間を通じて流れ出る圧縮後の作動流体が前記軸受に至るのを規制するためのものである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
8. 前記非接触シールはラビリンスシールである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
9. 前記回転板の前記軸受側の面および前記貯留室の前記軸受側の壁面を利用して第２の非接触シールが設けられている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
10. 前記貯留室の内部空間を外部に解放する逃がし路をさらに備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の遠心圧縮機、凝縮器、膨張手段、蒸発器がループ状に接続された冷媒回路を備え、
    前記冷媒回路には、冷媒として水が充填されている、冷凍サイクル装置。

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