JP2011220146A - ターボ圧縮機及びターボ冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】製造の手間及びコストを削減できるターボ圧縮機及びそれを備えるターボ冷凍機を提供する。
【解決手段】本発明に係るターボ圧縮機は、インペラ２３と、該インペラ２３に接続される回転軸２４とを備えるターボ圧縮機であって、回転軸２４の軸線Ｌと直交する方向でインペラ２３と回転軸２４とを位置決めする位置決め部Ｃ１と、位置決め部Ｃ１と異なる位置に設けられインペラ２３と回転軸２４との軸線Ｌ周りの相対的な回転を規制する回転規制部Ｃ２とを備え、回転規制部Ｃ２は、インペラ２３に一体的に成形されるインペラ側規制部２３ｇと、回転軸２４に一体的に成形されるとともにインペラ側規制部２３ｇに係止される軸側規制部２４ｅとを有する、という構成を採用する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ターボ圧縮機及びターボ冷凍機に関するものである。

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、冷媒をインペラの回転により圧縮して排出するターボ圧縮機を備えるターボ冷凍機が知られている。インペラには回転軸が接続され、回転軸には直接に又は複数のギアを介して、モータ等の駆動部が連結されている。駆動部の回転駆動力が回転軸を介してインペラに伝達され、インペラが回転する。インペラと回転軸との接続には、インペラに形成された貫通孔に回転軸が挿入され、回転軸に螺合して設けられる締結部材によってインペラが締結・固定される構造が用いられている。
また、回転駆動力を回転軸からインペラに適切に伝達するために、インペラと回転軸との相対的な回転を規制するための構造が設けられている。例えば特許文献１では、インペラ及び回転軸にキー溝をそれぞれ設け、互いに対向させたキー溝に挿入されるキー部材を用いることで、インペラと回転軸との相対的な回転を規制している。

特開２００２−３４９４８４号公報

ところで、特許文献１に示す構造では、インペラ及び回転軸とは別個にキー部材を準備する必要がある。そのため、ターボ圧縮機を構成する部品点数が増え、製造の手間及びコストが増加するという課題があった。
また、インペラ及び回転軸にそれぞれ設けられるキー溝を、回転軸にインペラを取り付けた状態で機械加工（例えばドリル加工）する、いわゆる共開け加工によって成形する場合がある。しかしながら、このような加工法では組立作業と加工作業とを交互に行う必要があり、製造工程が煩雑になり、製造の手間及びコストが増加するという課題があった。

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、製造の手間及びコストを削減できるターボ圧縮機及びそれを備えるターボ冷凍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、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係るターボ圧縮機は、インペラと、該インペラに接続される回転軸とを備えるターボ圧縮機であって、回転軸の軸線と直交する方向でインペラと回転軸とを位置決めする位置決め部と、位置決め部と異なる位置に設けられインペラと回転軸との軸線周りの相対的な回転を規制する回転規制部とを備え、回転規制部は、インペラに一体的に成形されるインペラ側規制部と、回転軸に一体的に成形されるとともにインペラ側規制部に係止される軸側規制部とを有する、という構成を採用する。
本発明によれば、回転規制部を構成するインペラ側規制部と軸側規制部とが、インペラと回転軸とにそれぞれ成形される。そのため、これらと別個の回転規制用の部材（キー部材等）を用いることなく、インペラと回転軸との相対的な回転を規制することが可能となる。また、本発明によれば、インペラ側規制部がインペラに一体的に成形され、インペラ側規制部に係止される軸側規制部が回転軸に一体的に成形されることから、回転軸にインペラを取り付けた状態での機械加工（共開け加工等）を行う必要がない。

また、本発明に係るターボ圧縮機は、軸線と直交する面での軸側規制部の断面の外周形状が、軸線周りに複数配置され径方向外側に膨出する第１円弧と、隣り合う第１円弧に内接して連結するとともに径方向外側に膨出し第１円弧より小径の第２円弧とで形成される、という構成を採用する。

また、本発明に係るターボ圧縮機は、複数の第１円弧が、軸線周りに等間隔で配置されている、という構成を採用する。

また、本発明に係るターボ圧縮機は、インペラが回転軸に螺合して設けられる締結部材によって回転軸に締結され、回転規制部がインペラにおける締結部材によって締結される側と逆側に設けられる、という構成を採用する。

また、本発明に係るターボ圧縮機は、インペラが軸線方向での一端部の外径よりも他端部の外径が小さく成形され、位置決め部が他端部よりも一端部に近い位置に設けられる、という構成を採用する。

また、本発明に係るターボ冷凍機は、圧縮された冷媒を冷却液化させる凝縮器と、液化した冷媒を蒸発させ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蒸発器と、該蒸発器にて蒸発した冷媒を圧縮して凝縮器に供給する圧縮機とを備えるターボ冷凍機であって、圧縮機として、請求項１から５のいずれか一項に記載のターボ圧縮機を備える、という構成を採用する。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、インペラ及び回転軸にそれぞれ一体的に成形されるインペラ側規制部及び軸側規制部によって回転規制部が構成されるため、ターボ圧縮機の部品点数を少なくすることができる。また、このような回転規制部を備えるインペラ及び回転軸の製作の工程を簡略化することができる。したがって、ターボ圧縮機及びこれを備えるターボ冷凍機において、製造の手間及びコストを削減できるという効果がある。

本発明の実施形態におけるターボ冷凍機の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態におけるターボ圧縮機の水平断面図である。 本発明の実施形態における第１インペラと回転軸との接続構造を示す概略図である。 図３（ｂ）における軸側規制部の拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を、図１から図４を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、本実施形態におけるターボ冷凍機Ｓ１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等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、圧縮された気体状態の冷媒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には、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が備える後述の第２圧縮段２２に対して気相成分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が蒸発す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が備える後述の第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となる。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で蒸発器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によって蒸発して冷媒ガスＸ４となり、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が蒸発する際に、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。

続いて、本実施形態の特徴部分を備えるターボ圧縮機４について、より詳細に説明する。図２は、本実施形態におけるターボ圧縮機４の水平断面図である。
図２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を有するとともに圧縮機ユニット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を囲むとともに上記モータ１２が設置されるモータケーシング１３とを備えている。なお、圧縮機ユニット２０を駆動させる駆動源としてはモータ１２に限定されず、例えば内燃機関であってもよい。
モータ１２の出力軸１１は、モータケーシング１３に固定される第１軸受１４と第２軸受１５とによって回転自在に支持されている。

圧縮機ユニット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２３（インペラ）と、第１インペラ２３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２１ａと、第１ディフューザ２１ａ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２１ｂと、冷媒ガスＸ４を吸入して第１インペラ２３に供給する吸入口２１ｃとを備えている。
なお、第１ディフューザ２１ａ、第１スクロール室２１ｂ及び吸入口２１ｃは、第１インペラ２３を囲う第１インペラケーシング２１ｄによって形成されている。

圧縮機ユニット２０内には、第１圧縮段２１と第２圧縮段２２とに亘って延在する回転軸２４が設けられている。第１インペラ２３は、回転軸２４に接続され、回転軸２４に対してモータ１２の回転動力が伝達されることによって回転駆動される。なお、第１インペラ２３と回転軸２４との接続構造は、後に詳述する。
また、第１圧縮段２１の吸入口２１ｃには、第１圧縮段２１の吸入容量を調節するためのインレットガイドベーン２１ｅが複数設置されている。各インレットガイドベーン２１ｅは、第１インペラケーシング２１ｄに固定された駆動機構２１ｆによって冷媒ガスＸ４の流れ方向からの見かけ上の面積が変更可能なように回転自在とされている。また、第１インペラケーシング２１ｄの外部には、駆動機構２１ｆと連結され各インレットガイドベーン２１ｅを回転駆動させるベーン駆動部２５が設置されている。

第２圧縮段２２は、第１圧縮段２１にて圧縮された後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２６と、第２インペラ２６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２２ａと、第２ディフューザ２２ａ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２２ｂ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２６に導く導入スクロール室２２ｃとを備えている。
なお、第２ディフューザ２２ａ、第２スクロール室２２ｂ及び導入スクロール室２２ｃは、第２インペラ２６を囲う第２インペラケーシング２２ｄによって形成されている。

第２インペラ２６は、上述した回転軸２４に第１インペラ２３と背面合わせとなるように固定され、回転軸２４に対してモータ１２の回転動力が伝達されることによって回転駆動される。第２インペラ２６には、その回転軸線方向に貫通する貫通孔が形成されており、当該貫通孔に回転軸２４が挿入されて設けられている。また、第２インペラ２６は、焼きばめ又は圧入を用いて回転軸２４に固定されている。
第２スクロール室２２ｂは、圧縮冷媒ガスＸ１を凝縮器１（図１参照）に供給するための流路Ｒ１（図１参照）と接続されており、第２圧縮段２２から排出された圧縮冷媒ガスＸ１が流路Ｒ１に供給される。

なお、第１圧縮段２１の第１スクロール室２１ｂと、第２圧縮段２２の導入スクロール室２２ｃ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（図示せず）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。

回転軸２４は、第１圧縮段２１と第２圧縮段２２との間の空間２０ａにおいて第２インペラケーシング２２ｄに固定される第３軸受２７と、第２インペラケーシング２２ｄにおけるギアユニット３０側の端部に固定される第４軸受２８とによって、回転自在に支持されている。

ギアユニット３０は、モータ１２の回転動力を回転軸２４に伝達するためのものであり、出力軸１１に固定される平ギア３１と、回転軸２４に固定されるとともに平ギア３１と噛合するピニオンギア３２と、平ギア３１及びピニオンギア３２を収容するギアケーシング３３とを備えている。

平ギア３１はピニオンギア３２よりも大きな外径を有している。そのため、平ギア３１及びピニオンギア３２が噛合して協働することで、出力軸１１の回転数に対して回転軸２４の回転数が増加して、モータ１２の回転動力が回転軸２４に伝達される。なお、このような伝達方法に限定されるものではなく、出力軸１１の回転数に対して回転軸２４の回転数が同数又は減少するように複数のギアの径を設定してもよい。

ギアケーシング３３は、モータケーシング１３及び第２インペラケーシング２２ｄと別体に成形されるとともに、それぞれを連結するものである。ギアケーシング３３の内部には、平ギア３１及びピニオンギア３２収容するための収容空間３３ａが形成されている。また、ギアケーシング３３には、ターボ圧縮機４の摺動部に供給される潤滑油が回収され貯留される油タンク３４が設けられている。

続いて、本実施形態の特徴部分である第１インペラ２３と回転軸２４との接続構造について、より詳細に説明する。図３は、本実施形態における第１インペラ２３と回転軸２４との接続構造を示す概略図であって、（ａ）は水平断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線視断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線視断面図である。なお、図３において、回転軸２４の中心軸線を軸線Ｌと表記する。

図３に示すように、第１インペラ２３は、略円錐状に成形されたハブ２３ａと、当該ハブ２３ａの外周面上に周方向に並んで設けられる複数の翼部２３ｂ（個々の翼形状は図示せず）とを備えている。なお、ハブ２３ａが略円錐状に成形されていることから、第１インペラ２３は、一端部２３ｃの外径よりも他端部２３ｄの外径が小さく成形されている。また、ハブ２３ａは、軸線Ｌ方向に貫通する貫通孔２３ｅを有している。

回転軸２４は、第１軸部２４ａと、当該第１軸部２４ａより小径の第２軸部２４ｂとを備えている。第２軸部２４ｂはハブ２３ａの貫通孔２３ｅに挿入されて設けられている。第２軸部２４ｂの端部には、雄ネジ部２４ｃが形成されており、この雄ネジ部２４ｃにはナット２９（締結部材）が螺合して設けられている。ナット２９を雄ネジ部２４ｃに螺合して締め付けることで、ハブ２３ａは第１軸部２４ａの端面とナット２９とにより挟持され、回転軸２４に締結される。すなわち、ナット２９の螺合により、第１インペラ２３は回転軸２４に締結・固定されている。

ハブ２３ａと第２軸部２４ｂとの接続箇所には、位置決め部Ｃ１と、当該位置決め部Ｃ１と異なる位置に設けられる回転規制部Ｃ２とが設けられている。
位置決め部Ｃ１は、軸線Ｌと直交する方向で第１インペラ２３と回転軸２４とを位置決めするための構造であり、他端部２３ｄよりも一端部２３ｃに近い位置に設けられている。位置決め部Ｃ１は、ハブ２３ａに設けられるインペラ側位置決め部２３ｆと、第２軸部２４ｂに設けられる軸側位置決め部２４ｄとを有している。

インペラ側位置決め部２３ｆは、貫通孔２３ｅのうちの一部であり、軸線Ｌと直交する面での断面形状が円形となっている。なお、インペラ側位置決め部２３ｆから他端部２３ｄ側の貫通孔２３ｅの内径は、インペラ側位置決め部２３ｆの内径と同一となっている。
軸側位置決め部２４ｄは、円柱状に成形されており、その外径はインペラ側位置決め部２３ｆに密接して嵌入できる大きさとなっている。軸側位置決め部２４ｄをインペラ側位置決め部２３ｆに密接して嵌入することで、軸線Ｌと直交する方向で第１インペラ２３と回転軸２４とを位置決めすることが可能となっている。なお、軸側位置決め部２４ｄと雄ネジ部２４ｃとの間における第２軸部２４ｂの径は、軸側位置決め部２４ｄよりも小径に成形されている。

上述したように第１インペラ２３は、一端部２３ｃの外径よりも他端部２３ｄの外径が小さく成形されていることから、第１インペラ２３の重心は他端部２３ｄよりも一端部２３ｃの近くに位置している。また、位置決め部Ｃ１も他端部２３ｄよりも一端部２３ｃに近い位置に設けられており、回転軸２４が第１インペラ２３をその重心側で支持することができるため、回転する第１インペラ２３を安定して支持することが可能となっている。

回転規制部Ｃ２は、第１インペラ２３と回転軸２４との軸線Ｌ周りの相対的な回転を規制するための構造であり、第１インペラ２３におけるナット２９によって締結される側と逆側（すなわち一端部２３ｃ側）に設けられている。回転規制部Ｃ２は、ハブ２３ａに一体的に設けられるインペラ側規制部２３ｇと、第２軸部２４ｂに一体的に設けられる軸側規制部２４ｅとを有している。

インペラ側規制部２３ｇは、貫通孔２３ｅのうちの一部であり、軸線Ｌと直交する面での断面形状が略三角形となっている。また、インペラ側規制部２３ｇの軸線Ｌと直交する方向での幅は、インペラ側位置決め部２３ｆの内径よりも大きくなっている。
軸側規制部２４ｅは、軸線Ｌと直交する面での断面形状が略三角形となっており、インペラ側規制部２３ｇに所定の隙間（図示せず）をあけて嵌入できる大きさとなっている。また、インペラ側規制部２３ｇ及び軸側規制部２４ｅのそれぞれの断面形状は、互いに相似した形状となっている。そのため、軸側規制部２４ｅをインペラ側規制部２３ｇに嵌入させ、軸線Ｌ周りで回転させることでインペラ側規制部２３ｇに係止される形状となっている。

さらに、軸線Ｌと直交する面での軸側規制部２４ｅの断面形状について、より詳細に説明する。図４は、図３（ｂ）における軸側規制部２４ｅの拡大図である。
図４に示すように、軸線Ｌと直交する面での軸側規制部２４ｅの断面における外周２４ｆの形状は、軸線Ｌ周りに３つ設けられる第１円弧２４ｇと、隣り合う第１円弧２４ｇの間にそれぞれ設けられる第２円弧２４ｈとで形成されている。
第１円弧２４ｇは、軸線Ｌ周りに等間隔で３つ配置されており、径方向外側に膨出して設けられている。第２円弧２４ｈは、隣り合う第１円弧２４ｇに内接することで当該隣り合う第１円弧２４ｇを連結するとともに、径方向外側に膨出し第１円弧２４ｇより小径の円弧である。また、第１円弧２４ｇの弧の長さより、第２円弧２４ｈの弧の長さが短くなっている。

ここで、第１インペラ２３及び回転軸２４の製作方法について説明する。
まず、第１インペラ２３は、例えば精密鋳造法を用いてハブ２３ａと翼部２３ｂとが一体的に成形される。次に、ハブ２３ａに貫通孔２３ｅを形成する。貫通孔２３ｅの形成では、最初にインペラ側位置決め部２３ｆをドリル加工等によって形成した後に、インペラ側規制部２３ｇを機械加工（例えばエンドミルを用いた切削加工）によって形成する。インペラ側位置決め部２３ｆの形成では、インペラ側位置決め部２３ｆと同一内径の孔部が一端部２３ｃから他端部２３ｄに亘って形成される。また、インペラ側位置決め部２３ｆの内径の精度は所定の精度内に収まるように管理される。一方、インペラ側規制部２３ｇの加工精度は、インペラ側位置決め部２３ｆの加工精度よりも緩和されている。最後に、インペラ側位置決め部２３ｆの位置に応じて、翼部２３ｂの径方向外側の端面を加工・調整して、第１インペラ２３の製作が完了する。

回転軸２４は、旋盤等の切削加工を用いて成形される。第１軸部２４ａや、軸側位置決め部２４ｄ、軸側位置決め部２４ｄと端部との間における第２軸部２４ｂは、いずれも一般的な旋盤加工を用いて成形される。また、軸側規制部２４ｅの外周２４ｆが第１円弧２４ｇと第２円弧２４ｈとで形成されることから、旋盤加工機における回転数と、切削工具（バイト）の押し引きの周期を所定の比で同期させることで、軸側規制部２４ｅをも旋盤加工を用いて成形することが可能となっている。なお、軸側位置決め部２４ｄの外径の精度は所定の精度内に収まるように管理される。一方、軸側規制部２４ｅの加工精度は、軸側位置決め部２４ｄの加工精度よりも緩和されている。最後に、第２軸部２４ｂの端部に雄ネジ部２４ｃを形成して、回転軸２４の製作が完了する。

したがって、回転規制部Ｃ２を構成するインペラ側規制部２３ｇと軸側規制部２４ｅとが、第１インペラ２３と回転軸２４とにそれぞれ一体的に成形される。そのため、これらと別個の回転規制用の部材（キー部材等）を用いることなく、第１インペラ２３と回転軸２４との相対的な回転を規制することが可能となる。なお、インペラ側規制部２３ｇが第１インペラ２３に一体的に成形され、インペラ側規制部２３ｇに係止される軸側規制部２４ｅが回転軸２４に一体的に成形されることから、回転軸２４に第１インペラ２３を取り付けた状態での機械加工（共開け加工等）を行う必要がない。
また、インペラ側規制部２３ｇと軸側規制部２４ｅの加工精度は、軸側位置決め部２４ｄ等に比べて緩和されており、且つ軸側規制部２４ｅは旋盤加工によって軸側位置決め部２４ｄ等と同じ工程で成形できることから、製作の手間及びコストを削減できる。

次に、第１インペラ２３と回転軸２４との組み立てについて説明する。
第１インペラ２３の貫通孔２３ｅに一端部２３ｃ側から回転軸２４の第２軸部２４ｂを挿入する。インペラ側位置決め部２３ｆに軸側位置決め部２４ｄが密接して嵌合することで、軸線Ｌと直交する方向で第１インペラ２３と回転軸２４とが位置決めされる。次に、第１インペラ２３の他端部２３ｄ側から突出した雄ネジ部２４ｃに、ナット２９を螺合して締め付け、第１インペラ２３を締結して回転軸２４に固定する。

回転軸２４が所定の方向（モータ１２（図２参照）による回転駆動の方向）で回転すると、軸側規制部２４ｅがインペラ側規制部２３ｇに係止され、第１インペラ２３と回転軸２４との軸線Ｌ周りの相対的な回転が規制される。
また、上述したように、軸側規制部２４ｅの断面における外周２４ｆは、第１円弧２４ｇと第２円弧２４ｈとで形成されており、インペラ側規制部２３ｇは軸側規制部２４ｅと相似した形状となっている。そのため、断面形状が円弧状に湾曲している周面において、インペラ側規制部２３ｇと軸側規制部２４ｅとが互いに当接する。よって、第１インペラ２３及び回転軸２４のいずれにおいても、回転の規制によって生じる応力の集中を緩和することができ、第１インペラ２３及び回転軸２４の破損の可能性を低減することができる。

なお、軸側規制部２４ｅにおける第１円弧２４ｇが、軸線Ｌ周りに等間隔で配置されていることから、第１インペラ２３と回転軸２４とを組み立てた状態における軸線Ｌ周りでの良好なバランスを確保できる。すなわち、第１インペラ２３と回転軸２４とを組み立てた状態における重心の位置を、軸線Ｌと同一の位置又はその近傍に位置させることが可能となる。良好なバランスを確保できることで、組み立て後のバランス調整に掛かる手間や時間を低減することができる。

ところで、本実施形態では、回転規制部Ｃ２が一端部２３ｃ側に設けられているが、これに限定されるものではなく、他端部２３ｄ側に設けてもよい。なお、本実施形態では、回転規制部Ｃ２が一端部２３ｃ側に設けられているために、雄ネジ部２４ｃの径を他端部２３ｄ側の第２軸部２４ｂと略同一にすることが可能となっており、回転規制部Ｃ２を他端部２３ｄ側に設ける場合に比べてより大きなナット２９を使用でき、その締結力を大きくできる。
以上で、第１インペラ２３と回転軸２４との組み立てが完了する。

続いて、本実施形態におけるターボ圧縮機４の動作を説明する。
まず、モータ１２の回転動力が平ギア３１及びピニオンギア３２を介して回転軸２４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２３と第２インペラ２６とが回転駆動される。

第１インペラ２３が回転駆動されると、第１圧縮段２１の吸入口２１ｃが負圧状態となり、流路Ｒ５から冷媒ガスＸ４が吸入口２１ｃを介して第１圧縮段２１に流入する。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２３にスラスト方向から流入し、第１インペラ２３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。第１インペラ２３から排出された冷媒ガスＸ４は、第１ディフューザ２１ａ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圧縮される。第１ディフューザ２１ａから排出された冷媒ガスＸ４は、第１スクロール室２１ｂを介して第１圧縮段２１の外部に導出される。そして、第１圧縮段２１の外部に導出された冷媒ガスＸ４は、不図示の外部配管を介して第２圧縮段２２に供給される。

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２２ｃを介してスラスト方向から第２インペラ２６に流入し、第２インペラ２６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２６から排出された冷媒ガスＸ４は、第２ディフューザ２２ａ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。第２ディフューザ２２ａから排出された圧縮冷媒ガスＸ１は、第２スクロール室２２ｂを介して第２圧縮段２２の外部に導出される。そして、第２圧縮段２２の外部に導出された圧縮冷媒ガスＸ１は、流路Ｒ１を介して凝縮器１に供給される。
以上で、ターボ圧縮機４の動作が終了する。

したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、第１インペラ２３及び回転軸２４にそれぞれ一体的に成形されるインペラ側規制部２３ｇ及び軸側規制部２４ｅによって回転規制部Ｃ２が構成されるため、ターボ圧縮機４の部品点数を少なくすることができる。また、このような回転規制部Ｃ２を備える第１インペラ２３及び回転軸２４の製作の工程を簡略化することができる。したがって、ターボ圧縮機４及びこれを備えるターボ冷凍機Ｓ１において、製造の手間及びコストを削減できるという効果がある。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、回転規制部Ｃ２の軸線Ｌと直交する面での断面形状は略三角形に形成されているが、これに限定されるものではなく、四角形以上の略多角形に形成されていてもよい。また、上記断面形状を、楕円形状又は長穴形状としてもよい。このような断面形状であっても、上記実施形態と同様に軸側規制部２４ｅを旋盤加工によって成形するためには、断面の外周を第１の円弧と第２の円弧とで形成される形状にすることが好ましい。

また、上記実施形態では、第１円弧２４ｇは軸線Ｌ周りに等間隔で配置されているが、これに限定されるものではなく、異なる間隔で配置されていてもよい。
また、軸側規制部２４ｅは旋盤加工によって成形されているが、これに限定されるものではなく、第１軸部２４ａや軸側位置決め部２４ｄを旋盤加工によって成形した後に、軸側規制部２４ｅを機械加工によって成形してもよい。なお、この場合には、軸側規制部２４ｅの断面における外周形状が複数の円弧によって形成される必要はなく、インペラ側規制部２３ｇに係止される形状であればよい。

１…凝縮器、３…蒸発器、４…ターボ圧縮機、２３…第１インペラ（インペラ）、２３ｃ…一端部、２３ｄ…他端部、２３ｇ…インペラ側規制部、２４…回転軸、２４ｅ…軸側規制部、２４ｇ…第１円弧、２４ｈ…第２円弧、２９…ナット（締結部材）、Ｓ１…ターボ冷凍機、Ｃ１…位置決め部、Ｃ２…回転規制部、Ｌ…軸線

Claims (6)

1. インペラと、該インペラに接続される回転軸とを備えるターボ圧縮機であって、
   前記回転軸の軸線と直交する方向で前記インペラと前記回転軸とを位置決めする位置決め部と、
   前記位置決め部と異なる位置に設けられ、前記インペラと前記回転軸との前記軸線周りの相対的な回転を規制する回転規制部とを備え、
   前記回転規制部は、前記インペラに一体的に成形されるインペラ側規制部と、前記回転軸に一体的に成形されるとともに前記インペラ側規制部に係止される軸側規制部とを有することを特徴とするターボ圧縮機。
2. 請求項１に記載のターボ圧縮機において、
   前記軸線と直交する面での前記軸側規制部の断面の外周形状は、
   前記軸線周りに複数配置され径方向外側に膨出する第１円弧と、
   隣り合う前記第１円弧に内接して連結するとともに径方向外側に膨出し前記第１円弧より小径の第２円弧とで形成されることを特徴とするターボ圧縮機。
3. 請求項２に記載のターボ圧縮機において、
   複数の前記第１円弧は、前記軸線周りに等間隔で配置されていることを特徴とするターボ圧縮機。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のターボ圧縮機において、
   前記インペラは、前記回転軸に螺合して設けられる締結部材によって前記回転軸に締結され、
   前記回転規制部は、前記インペラにおける前記締結部材によって締結される側と逆側に設けられることを特徴とするターボ圧縮機。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のターボ圧縮機において、
   前記インペラは、前記軸線方向での一端部の外径よりも他端部の外径が小さく成形され、
   前記位置決め部は、前記他端部よりも前記一端部に近い位置に設けられることを特徴とするターボ圧縮機。
6. 圧縮された冷媒を冷却液化させる凝縮器と、液化した前記冷媒を蒸発させ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、該蒸発器にて蒸発し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ターボ冷凍機であって、
   前記圧縮機として、請求項１から５のいずれか一項に記載のターボ圧縮機を備えることを特徴とするターボ冷凍機。
   

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