JP2016194252A - 遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】スラスト力を低減すること。
【解決手段】遠心圧縮機は、ハウジングを備え、ハウジングは、インペラ１４，１５が収容されたインペラ室２１，２２が区画されたフロントハウジング２０を備えている。第１インペラ室２１は、第１パーツ２０ａ及び中間パーツ２０ｃによって区画されており、第２インペラ室２２は、第２パーツ２０ｂ及び中間パーツ２０ｃによって区画されている。第１インペラ１４の基端面１４ａと、基端面１４ａに対向する中間パーツ２０ｃの第１対向面２０ｃａとの間には、第１背面領域ＢＳ１が区画されている。第１背面領域ＢＳ１には、環状のシール部２５が設けられている。シール部２５は、第１背面領域ＢＳ１は、シール部２５が設けられることで、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２に分割されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、遠心圧縮機に関する。

従来から、遠心圧縮機として、回転軸及び回転軸に連結されたインペラを備え、インペラの回転によって流体を圧縮して吐出室に吐出するものが知られている（例えば特許文献１参照）。また、特許文献１には、遠心圧縮機は、インペラの回転によって生じるスラスト力を受けるスラスト軸受を備えていることが記載されている。

特開２００９−２５７１６５号公報

ここで、例えば遠心圧縮機がスラスト軸受を有している構成において、スラスト力が大きくなると、その大きなスラスト力を受けるためにスラスト軸受が大型なものとなり易い。すると、遠心圧縮機の大型化が懸念される。特に、スラスト力はインペラの回転数が高くなるに従って大きくなるため、インペラの回転数を高くしようとすると上記問題が発生し易い。以上のことから、遠心圧縮機のスラスト力を低減させることが望まれている。

本発明の目的は、スラスト力を低減できる遠心圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決する遠心圧縮機は、回転軸と、基端面から先端面に向けて徐々に縮径した円錐台形状であって、前記回転軸と一体回転することによって流体を圧縮する１次インペラと、基端面から先端面に向けて徐々に縮径した円錐台形状であって、前記回転軸と一体回転することによって前記１次インペラによって圧縮された後の流体を圧縮する２次インペラと、前記１次インペラが収容された１次インペラ室、及び、前記２次インペラが収容された２次インペラ室を有するハウジングと、備えた遠心圧縮機において、前記ハウジングは、前記１次インペラ室と前記２次インペラ室とを仕切る仕切壁を有し、前記回転軸は、前記仕切壁に形成された貫通孔に挿通された状態で、前記１次インペラ室及び前記２次インペラ室に跨って配置されており、前記１次インペラの基端面と前記２次インペラの基端面とは、前記仕切壁を介して、前記回転軸の軸線方向に互いに対向配置されており、前記仕切壁は、前記１次インペラの基端面と対向する１次対向面と、前記２次インペラの基端面と対向する２次対向面と、を有し、前記１次インペラ室は、前記１次インペラの基端面と前記１次対向面との間に形成され、前記１次インペラによって圧縮された流体が流入する１次背面領域を有し、前記２次インペラ室は、前記２次インペラの基端面と前記２次対向面との間に形成され、前記２次インペラによって圧縮された流体が流入する２次背面領域を有し、前記１次背面領域と前記２次背面領域とは、前記回転軸と前記貫通孔を形成する内壁との間の隙間を介して連通しており、前記１次背面領域は、当該１次背面領域内に環状のシール部が設けられることで第１領域と第２領域に分割されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、１次インペラと２次インペラとが互いに基端面同士が対向配置された状態で配置されているため、１次インペラに作用するスラスト力と、２次インペラに作用するスラスト力とが互いに打ち消し合う。これにより、両インペラで発生する全体のスラスト力を低減することができる。

ここで、仮に回転軸と貫通孔を形成する内壁との間の隙間にシール部を設けると、１次背面領域の全体に１次インペラによって圧縮された流体が流入し、２次背面領域の全体に２次インペラによって圧縮された流体が流入する。２次インペラによって圧縮された流体は、１次インペラによって圧縮された流体を更に圧縮した流体であり、１次インペラによって圧縮された流体よりも高圧である。このため、回転軸と貫通孔を形成する内壁との間の隙間にシール部を設けると、２次インペラの基端面が受ける流体からの圧力が、１次インペラの基端面が受ける流体からの圧力よりも大きいため、２次インペラの基端面から先端面に向かう方向に作用するスラスト力が発生する。

これに対して、本構成によれば、１次背面領域は、シール部が設けられることで第１領域と第２領域に分割されている。第１領域及び第２領域のうち一方の領域には、１次インペラによって圧縮された流体が流入し、他方の領域には２次インペラによって圧縮された流体が流入する。したがって、１次背面領域の全体に１次インペラによって圧縮された流体が流入する場合に比べて、１次インペラには、１次インペラの基端面から先端面に向かう方向への力（２次インペラから離れる方向への力）が大きく作用する。これにより、回転軸と貫通孔を形成する内壁との間の隙間にシール部を設ける場合に比べて、力のバランスを取ることができるため、スラスト力を低減することができる。

上記遠心圧縮機について、前記シール部は、前記１次インペラに作用する１次スラスト力と、前記２次インペラに作用する２次スラスト力が釣り合う位置に設けられていてもよい。かかる構成によれば、より好適にスラスト力を低減することができる。

本発明によれば、スラスト力を低減できる。

実施形態の遠心圧縮機及び車両空調装置の概要を示す模式図。 実施形態のシール部を拡大して示す破断図。 比較例の遠心圧縮機のシール部を拡大して示す破断図。 変形例の遠心圧縮機及び車両空調装置の概要を示す模式図。

以下、遠心圧縮機の一実施形態について説明する。
図１に示すように、遠心圧縮機１０は、その外郭を構成するハウジング１１を備えている。ハウジング１１は、全体として例えば円筒形状である。

遠心圧縮機１０は、回転軸１２と、回転軸１２を回転させる電動モータ１３と、回転軸１２に連結された２つのインペラ１４，１５とを備えている。回転軸１２は、本体部１２ａと、本体部１２ａよりも縮径され、且つ、両インペラ１４，１５が連結された先端部１２ｂと、本体部１２ａにおける先端部１２ｂが配置される側とは反対側に配置された基端部１２ｃとを有している。基端部１２ｃは、本体部１２ａより縮径されており、且つ、先端部１２ｂより拡径されている。

なお、回転軸１２の先端部１２ｂ側とは、回転軸１２においてインペラ１４，１５が設けられている側とも言え、回転軸１２の基端部１２ｃ側とは、回転軸１２においてインペラ１４，１５が設けられる側とは反対側とも言える。

ハウジング１１は、インペラ１４，１５が収容されたインペラ室２１，２２等が区画されたフロントハウジング２０を備えている。フロントハウジング２０は、３つのパーツ２０ａ〜２０ｃで構成されており、各パーツ２０ａ〜２０ｃは、中間パーツ２０ｃを第１パーツ２０ａ及び第２パーツ２０ｂで挟持した状態でユニット化されている。この場合、第１インペラ室２１は、第１パーツ２０ａ及び中間パーツ２０ｃによって区画されており、第２インペラ室２２は、第２パーツ２０ｂ及び中間パーツ２０ｃによって区画されている。

詳細にいえば、図１及び図２に示すように、第１パーツ２０ａは、回転軸１２の軸線方向Ｚに貫通した第１収容孔３０を有している。第１収容孔３０は、第１パーツ２０ａにおいて回転軸１２の軸線方向Ｚに位置する両端面Ｅ１，Ｅ２に開口しているとともに、一方の端面Ｅ１から当該第１収容孔３０における軸線方向の途中位置に向かうに従って徐々に縮径し、上記途中位置から他方の端面Ｅ２までは同一径の形状となっている。

同様に、第２パーツ２０ｂは、回転軸１２の軸線方向Ｚに貫通した第２収容孔４０を有している。第２収容孔４０は、第２パーツ２０ｂにおいて回転軸１２の軸線方向Ｚに位置する両端面Ｅ３，Ｅ４に開口しているとともに、一方の端面Ｅ３から当該第２収容孔４０における軸線方向の途中位置に向かうに従って徐々に縮径し、上記途中位置から他方の端面Ｅ４までは同一径の形状となっている。

第１パーツ２０ａと、第２パーツ２０ｂとは、各々に設けられた収容孔３０，４０が大きく開口した端面Ｅ１，Ｅ３同士が中間パーツ２０ｃを介して回転軸１２の軸線方向Ｚに対向して配置されている。中間パーツ２０ｃは、回転軸１２の軸線方向Ｚに位置する両端面Ｅ５，Ｅ６に軸線方向から見て円形状の凹部２３，２４を有している。第１凹部２３は、第１パーツ２０ａ側の端面Ｅ５に位置しており、第１収容孔３０と対向している。第１収容孔３０の内面と、第１凹部２３とによって第１インペラ１４が収容される第１インペラ室２１が区画されている。

第２凹部２４は、第２パーツ２０ｂ側の端面Ｅ６に位置しており、第２収容孔４０と対向している。第２収容孔４０の内面と第２凹部２４とによって第２インペラ１５が収容される第２インペラ室２２が区画されている。

両インペラ室２１，２２は、中間パーツ２０ｃによって仕切られており、当該中間パーツ２０ｃを介して回転軸１２の軸線方向Ｚに対向配置されている。中間パーツ２０ｃが「仕切壁」に対応する。

中間パーツ２０ｃには、回転軸１２の先端部１２ｂが挿通可能な貫通孔２０ｃｃが形成されている。貫通孔２０ｃｃは、両凹部２３，２４の底面に形成されており、両凹部２３，２４を連通している。回転軸１２の先端部１２ｂは、貫通孔２０ｃｃを貫通した状態で配置されている。回転軸１２の先端部１２ｂは、両インペラ室２１，２２に跨って配置されている。

ここで、貫通孔２０ｃｃは、当該貫通孔２０ｃｃを形成する内壁２０ｃｄと回転軸１２の先端部１２ｂとが接触しないように、回転軸１２の先端部１２ｂよりも一回り大きく形成されている。このため、貫通孔２０ｃｃを形成する内壁２０ｃｄと回転軸１２の先端部１２ｂとの間には隙間Ｃ１が形成されている。

図１に示すように、フロントハウジング２０（詳細には第１パーツ２０ａ）には、流体（例えば冷媒）が吸入される第１吸入口３０ａが形成されている。第１吸入口３０ａは、第１パーツ２０ａにおいて端面Ｅ２に位置する第１収容孔３０の開口である。すなわち、第１収容孔３０は第１吸入口３０ａと第１インペラ室２１とを構成している。第１吸入口３０ａと、第１インペラ１４が収容されている第１インペラ室２１とは、回転軸１２の軸線方向Ｚに連通している。

第１インペラ１４は、その基端面１４ａから先端面１４ｂに向けて徐々に縮径した略円錐台形状である。第１インペラ１４は、その先端面１４ｂが基端面１４ａよりも第１吸入口３０ａ側に配置された状態で、回転軸１２の先端部１２ｂにおける第１インペラ室２１内に配置されている部分に連結されている。第１インペラ室２１は、第１インペラ１４の形状に対応させて形成されており、詳細には第１インペラ１４よりも一回り大きい。

図２に示すように、中間パーツ２０ｃの回転軸１２の軸線方向Ｚに位置する端面Ｅ５，Ｅ６のうち、第１パーツ２０ａ側の端面Ｅ５は、第１インペラ１４の基端面１４ａと対向する位置に第１対向面２０ｃａを有している。第１対向面２０ｃａは、第１凹部２３の底面の一部となっている。そして、第１インペラ１４の基端面１４ａと第１対向面２０ｃａとの間には、第１背面領域ＢＳ１が区画されている。本実施形態において、「第１インペラ１４」が「１次インペラ」に対応し、「第１インペラ室２１」が「１次インペラ室」に対応する。更に、「第１対向面２０ｃａ」が「一次対向面」に対応し、「第１背面領域ＢＳ１」が「１次背面領域」に対応する。

第１背面領域ＢＳ１には、第１背面領域ＢＳ１を第１領域Ａ１と第２領域Ａ２に分割するための環状（詳細には円環状）のシール部２５が設けられている。シール部２５は、第１インペラ１４の基端面１４ａにおける内周端１４ｃ（基端面１４ａにおける貫通孔２０ｃｃの開口周縁）と外周端１４ｄとの間の中央付近に設けられており、第１対向面２０ｃａに固定されている。シール部２５は、回転軸１２を囲むように、すなわち、環状のシール部２５の内側を回転軸１２が挿通するように設けられている。

第１背面領域ＢＳ１は、シール部２５を境にして、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とに分割されている。本実施形態では、シール部２５の外周面を基準として第１背面領域ＢＳ１が分割されており、シール部２５の外周面よりも内周端１４ｃ側を第１領域Ａ１、シール部２５の外周面よりも外周端１４ｄ側を第２領域Ａ２としている。シール部２５としては、例えば、ラビリンスシールや、チップシールが用いられる。

図１に示すように、フロントハウジング２０には、第１インペラ室２１に対して回転軸１２の径方向外側に配置された第１ディフューザ流路３１と、第１ディフューザ流路３１と連通している第１吐出室３２とが区画されている。第１ディフューザ流路３１は、第１インペラ１４を囲む環状（詳細には円環状）である。第１吐出室３２は、第１ディフューザ流路３１に対して回転軸１２の径方向外側に配置されている。第１インペラ室２１と第１吐出室３２とは、第１ディフューザ流路３１を介して連通している。第１吐出室３２は、フロントハウジング２０に形成された第１吐出口（図示略）と連通している。

第２インペラ１５は、第１インペラ１４と同様に、その基端面１５ａから先端面１５ｂに向けて徐々に縮径した略円錐台形状である。本実施形態では、第２インペラ１５は、第１インペラ１４と同一の形状である。第２インペラ１５は、その基端面１５ａが第１インペラ１４の基端面１４ａと対向するように配置された状態で回転軸１２の先端部１２ｂにおける第２インペラ室２２内に配置されている部分に連結されている。すなわち、両インペラ１４，１５は、互いに基端面１４ａ，１５ａ同士が対向するように配置されている。第２インペラ室２２は、第２インペラ１５に対応させて形成されており、詳細には第２インペラ１５よりも一回り大きい。

図２に示すように、中間パーツ２０ｃの回転軸１２の軸線方向Ｚに位置する両端面Ｅ５，Ｅ６のうち、第２パーツ２０ｂ側の端面Ｅ６は、第２インペラ１５の基端面１５ａと対向する位置に第２対向面２０ｃｂを有している。第２対向面２０ｃｂは、第２凹部２４の底面の一部となっている。そして、第２インペラ１５の基端面１５ａと第２対向面２０ｃｂとの間には、第２背面領域ＢＳ２が区画されている。第２背面領域ＢＳ２と、第１背面領域ＢＳ１の第１領域Ａ１とは、回転軸１２と貫通孔２０ｃｃを形成する内壁２０ｃｄとの間の隙間Ｃ１を介して連通している。本実施形態において、「第２インペラ１５」が「２次インペラ」に対応し、「第２インペラ室２２」が「２次インペラ室」に対応する。更に、「第２対向面２０ｃｂ」が「２次対向面」に対応し、「第２背面領域ＢＳ２」が「２次背面領域」に対応する。

図１に示すように、フロントハウジング２０には、第２インペラ室２２に対して回転軸１２の径方向外側に配置された環状の第２ディフューザ流路４１と、第２ディフューザ流路４１よりも回転軸１２の径方向外側に設けられているものであって第２ディフューザ流路４１と連通している第２吐出室４２とが区画されている。第２インペラ室２２と第２吐出室４２とは、第２ディフューザ流路４１を介して連通している。第２吐出室４２は、フロントハウジング２０に形成された第２吐出口（図示略）と連通している。

図１に示すように、ハウジング１１は、フロントハウジング２０と協働して電動モータ１３が収容されるモータ室５０を区画するモータハウジング５１及びエンドプレート５２を備えている。モータハウジング５１は一方に開口した有底の略円筒形状であって、その軸線方向の両端のうち一方は開口している。エンドプレート５２は、モータハウジング５１の外径と同一径の円板状のプレート本体部５３を有している。モータハウジング５１の底部を形成する底壁５１ａはフロントハウジング２０の第２パーツ２０ｂに突き合わさり、開口端はプレート本体部５３に突き合わさっている。モータ室５０は、モータハウジング５１及びプレート本体部５３によって区画されている。

図１及び図２に示すように、第２パーツ２０ｂにおける回転軸１２の軸線方向Ｚの両端面Ｅ３，Ｅ４のうちモータハウジング５１側に配置されている端面Ｅ４には、すり鉢状に凹んだ凹部７３が形成されている。第２収容孔４０の端面Ｅ４における開口は、上記凹部７３の底面に設けられている。そして、モータハウジング５１の底壁５１ａには、上記凹部７３と連通することにより、モータ室５０と第２インペラ室２２とを連通する連通孔７２が形成されている。連通孔７２は、例えば、モータハウジング５１の軸線方向と交わる方向に延びた細長形状である。本実施形態では、連通孔７２は複数（例えば２つ）設けられている。

また、モータハウジング５１、及び、フロントハウジング２０には、第１吐出室３２と、モータ室５０とを連通する中間圧通路７１が形成されている。
電動モータ１３は、回転軸１２（詳細には回転軸１２の本体部１２ａ）に固定されたロータ６１と、ロータ６１の外側に配置されるものであってモータハウジング５１に固定されたステータ６２とを備えている。ロータ６１とステータ６２とは回転軸１２の径方向に対向している。

ステータ６２は、円筒形状のステータコア６３と、ステータコア６３に捲回されたコイル６４とを備えている。コイル６４に電流が流れることによって、ロータ６１と回転軸１２とが一体的に回転する。

図１に示すように、モータハウジング５１の底壁５１ａには、筒状の第１ボス５４が設けられている。第１ボス５４は、モータハウジング５１の底壁５１ａにおけるエンドプレート５２側の面から立設されている。第１ボス５４は、モータハウジング５１の軸線方向から見て連通孔７２の一部と重なる位置に設けられている。

プレート本体部５３は、貫通孔５３ａを有している。また、エンドプレート５２は、プレート本体部５３におけるモータハウジング５１の底壁５１ａ側の面のうち貫通孔５３ａの周縁部から立設された筒状の第２ボス５５を備えている。両ボス５４，５５は、ロータ６１に対して回転軸１２の軸線方向Ｚの両側に配置されている。回転軸１２の本体部１２ａにおける先端部１２ｂ側の部位は、第１ボス５４内に配置されており、回転軸１２の本体部１２ａにおける基端部１２ｃ側の部位は、第２ボス５５及び貫通孔５３ａ内に配置されている。

ここで、ボス５４，５５は、回転軸１２の本体部１２ａの径よりも若干長い内径を有する円筒形状である。そして、ボス５４，５５の内周面と回転軸１２の本体部１２ａとの間には、回転軸１２を回転可能な状態で指示するラジアル軸受５６が設けられている。なお、ラジアル軸受５６の具体的な構成は任意であるが、例えば、回転軸１２の回転に伴って発生する動圧によって非接触で回転軸１２を支持する動圧軸受等が考えられる。

ここで、両インペラ１４，１５が回転した場合に、回転軸１２の軸線方向Ｚのスラスト力Ｆが発生する。これに対して、遠心圧縮機１０は、スラスト力Ｆを受けるための構成を備えている。当該構成について以下に詳細に説明する。

図１に示すように、遠心圧縮機１０は、回転軸１２に固定された板状の支持プレート（スラストライナ）８０を支持することによりスラスト力Ｆを受けるスラスト軸受８１，８２を備えている。

支持プレート８０は例えば円板状であって、その中央部には、基端部１２ｃが嵌合可能な貫通孔８０ａが形成されている。支持プレート８０は、その貫通孔８０ａに基端部１２ｃが嵌合した状態で回転軸１２に固定されている。この場合、回転軸１２と支持プレート８０とは一体回転する。

ハウジング１１は、支持プレート８０及びスラスト軸受８１，８２の双方が収容されるスラスト室９０を区画するリアハウジング９１を備えている。リアハウジング９１は、一方向に開口した有底円筒形状であり、リアハウジング９１の開口部分とエンドプレート５２とが突き合わさることによってスラスト室９０が区画されている。

支持プレート８０とリアハウジング９１との間には、第１スラスト軸受８１が設けられており、エンドプレート５２と支持プレート８０との間には第２スラスト軸受８２が設けられている。

支持プレート８０は、リアハウジング９１（詳細には有底円筒形状のリアハウジング９１の底面）に対して回転軸１２の軸線方向Ｚに対向する第１対向面８０ｂと、プレート本体部５３に対して回転軸１２の軸線方向Ｚに対向する第２対向面８０ｃとを備えている。両対向面８０ｂ，８０ｃは、回転軸１２の軸線方向Ｚと直交する方向に延在する平面であって、回転軸１２の軸線方向Ｚから見て円環状となっている。

第１スラスト軸受８１は、円環板状であり、その内径は第１対向面８０ｂの内径よりも長く設定されており、その外径は第１対向面８０ｂの外径以下に設定されている。第１スラスト軸受８１は、回転軸１２の回転に伴って回転しないようにリアハウジング９１に固定されている。

本実施形態では、第２スラスト軸受８２は、第１スラスト軸受８１と同一形状であり、詳細には第２スラスト軸受８２の内径は第２対向面８０ｃの内径よりも長く、第２スラスト軸受８２の外径は第２対向面８０ｃの外径以下に設定されている。

かかる構成によれば、回転軸１２の回転に伴って支持プレート８０が回転すると、支持プレート８０と両スラスト軸受８１，８２との間に動圧が発生する。これにより、両スラスト軸受８１，８２によって、支持プレート８０が両スラスト軸受８１，８２に対して非接触の状態で支持される。

図１に示すように、遠心圧縮機１０は、車両空調装置２００の一部を構成している。車両空調装置２００は、遠心圧縮機１０の他に、凝縮器２０１、気液分離器２０２、膨張弁２０３及び蒸発器２０４を備えている。これら凝縮器２０１、気液分離器２０２、膨張弁２０３及び蒸発器２０４は、配管を介して接続されている。また、凝縮器２０１は、第２吐出室４２に接続されており、蒸発器２０４は、第１吸入口３０ａに接続されている。

次に、遠心圧縮機１０に発生するスラスト力Ｆについて詳細に説明する。
まず流体の流れについて説明すると、回転軸１２の回転に伴い両インペラ１４，１５が回転すると、蒸発器２０４から吐出された比較的低圧の流体（以降低圧流体という）が第１吸入口３０ａから吸入される。第１吸入口３０ａから吸入された低圧流体は、第１インペラ１４の遠心作用によって昇圧され、更に、第１インペラ室２１から第１ディフューザ流路３１に送り込まれ、当該第１ディフューザ流路３１にて更に昇圧されて第１吐出室３２に吐出される。また、第１インペラ１４によって昇圧された流体は、第１ディフューザ流路３１に加え、第１背面領域ＢＳ１の第２領域Ａ２にも流入する。なお、第１インペラ１４によって昇圧された流体の圧力は、低圧流体の圧力よりも高い。なお、第１インペラ１４によって昇圧された流体を第１圧力流体という。また、第１ディフューザ流路３１によって第１圧力流体から更に昇圧された流体を第２圧力流体という。

第２圧力流体は、第１吐出室３２に吐出され、第１吐出室３２から中間圧通路７１を介してモータ室５０に吐出される。モータ室５０に吐出された第２圧力流体は、連通孔７２を介してロータ６１及びステータ６２間の隙間等を介して第２インペラ室２２に向かう（図１の矢印Ｙ１参照）。そして、第２圧力流体は、第２インペラ１５の遠心作用によって昇圧され、更に、第２インペラ室２２から第２ディフューザ流路４１に送り込まれ、当該第２ディフューザ流路４１にて昇圧されて第２吐出室４２に吐出される。また、第２インペラ１５によって昇圧された流体は、第２ディフューザ流路４１に加え、第２背面領域ＢＳ２、貫通孔２０ｃｃを形成する内壁２０ｃｄと回転軸１２との間の隙間Ｃ１、及び第１背面領域ＢＳ１の第１領域Ａ１にも流入する。なお、第２インペラ１５によって昇圧された流体の圧力は第２圧力流体の圧力よりも高い。なお、第２インペラ１５によって昇圧された流体を第３圧力流体という。

図２に示すように、第１インペラ１４には、第１吸入口３０ａから吸入された低圧流体の圧力を第１インペラ１４の周面（羽根）が受けることで第１インペラ１４の先端面１４ｂから基端面１４ａに向かう方向への力が作用する。また、第１インペラ１４には、第１背面領域ＢＳ１の第２領域Ａ２に流入した第１圧力流体、及び、第１背面領域ＢＳ１の第１領域Ａ１に流入した第３圧力流体の圧力を第１インペラ１４の基端面１４ａが受けることで基端面１４ａから先端面１４ｂに向かう方向への力が作用する。そして、上記した力の合力が第１インペラ１４に作用する１次スラスト力Ｆ１となる。第１圧力流体及び第２圧力流体は、低圧流体よりも圧力が高い。更に、回転軸１２の軸線方向Ｚに傾斜している第１インペラ１４の周面（羽根）に対して、回転軸１２の軸線方向Ｚに対して垂直な基端面１４ａは回転軸１２の軸線方向Ｚへの圧力を受けやすい。このため、１次スラスト力Ｆ１は、基端面１４ａから先端面１４ｂに向かう方向に作用する。なお、第１インペラ１４には、上記した流体により作用する力とは異なる力も作用するが、上記した流体により作用する力が支配的であるため、説明の便宜上、上記した力のみを考慮して説明を行う。

図２に示すように、第２インペラ１５には、第２圧力流体の圧力を第２インペラ１５の周面（羽根）が受けることで先端面１５ｂから基端面１５ａに向かう方向への力が作用する。また、第２インペラ１５には、第２背面領域ＢＳ２に流入した第３圧力流体の圧力を第２インペラ１５の基端面１５ａが受けることで基端面１５ａから先端面１５ｂに向かう方向への力が作用する。そして、上記した力の合力が第２インペラ１５に作用する２次スラスト力Ｆ２となる。第３圧力流体は、第２圧力流体よりも圧力が高い。更に、回転軸１２の軸線方向Ｚに傾斜している第２インペラ１５の周面（羽根）に対して、回転軸１２の軸線方向Ｚに対して垂直な基端面１５ａは回転軸１２の軸線方向Ｚへの圧力を受けやすい。このため、２次スラスト力Ｆ２は、１次スラスト力Ｆ１とは回転軸１２の軸線方向Ｚに反対方向である基端面１５ａから先端面１５ｂに向かう方向に作用する。

なお、第２インペラ１５には、上記した流体により作用する力とは異なる力も作用するが、上記した流体により作用する力が支配的であるため、説明の便宜上、上記した力のみを考慮して説明を行う。

したがって、第１インペラ１４及び第２インペラ１５が連結される回転軸１２には、１次スラスト力Ｆ１と２次スラスト力Ｆ２との合力が作用する。
以降、本実施形態において、回転軸１２に作用する１次スラスト力Ｆ１と２次スラスト力Ｆ２との合力を「回転軸１２に作用するスラスト力」として説明を行う。

本実施形態では、シール部２５の径（シール位置）を変更して、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２の割合を変更することで第１インペラ１４に作用する１次スラスト力Ｆ１を調整し、回転軸１２に作用するスラスト力を低減させている。

なお、回転軸１２に作用するスラスト力をどの程度低減するかは、第１インペラ１４の形状や第２インペラ１５の形状（基端面の直径や、軸方向の寸法など）などによって異なり、実験結果やシミュレーション結果などに基づいて定められる。

本実施形態では、上記した１次スラスト力Ｆ１と、２次スラスト力Ｆ２が釣り合うように、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２の割合、すなわち、シール部２５の位置が定められている。

なお、１次スラスト力Ｆ１と、２次スラスト力Ｆ２とが釣り合う状態とは、１次スラスト力Ｆ１と２次スラスト力Ｆ２とが常に同一となる状態を示すものではなく、一定の回転速度で回転軸１２を回転させたときのスラスト力の変動範囲内にスラスト力が生じない（スラスト力が０）状態が含まれていることを示す。

次に、本実施形態の遠心圧縮機１０の作用について比較例の遠心圧縮機と比較しつつ説明する。
図３に示すように、比較例の遠心圧縮機は、回転軸１２と貫通孔２０ｃｃを形成する内壁２０ｃｄとの間の隙間Ｃ１にシール部３００が設けられており、その他の構造は実施形態と同一である。この場合、第１背面領域ＢＳ１には、第１圧力流体のみが流入し、第２背面領域ＢＳ２には第３圧力流体のみが流入する。図３の遠心圧縮機を高い圧縮比が求められる車載用として使用する場合、第２背面領域ＢＳ２に流入する第３圧力流体は、第１背面領域ＢＳ１に流入する第１圧力流体より圧力が高くなるため、回転軸１２には、回転軸１２の基端部１２ｃに向かうスラスト力ＦＣが発生する。

これに対して、本実施形態では、第１背面領域ＢＳ１を分割して、第１背面領域ＢＳ１の一部に第３圧力流体を流入させることで、第１インペラ１４の基端面１４ａが受ける圧力を大きくしている。これにより、比較例の遠心圧縮機と比較して、１次スラスト力Ｆ１が大きくなる。そして、１次スラスト力Ｆ１が大きくなることで、回転軸１２に付与されるスラスト力を低減することができる。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）遠心圧縮機１０は、回転軸１２の先端側の部位である先端部１２ｂに連結されたインペラ１４，１５と、回転軸１２を回転させる電動モータ１３とを備え、インペラ１４，１５の回転によって流体を圧縮して吐出室３２，４２に吐出するものである。遠心圧縮機１０は、第１背面領域ＢＳ１にシール部２５を備えている。第１背面領域ＢＳ１は、シール部２５によって第１領域Ａ１と第２領域Ａ２に分割され、第１領域Ａ１は貫通孔２０ｃｃを形成する内壁２０ｃｄと回転軸１２との間の隙間Ｃ１を介して第２背面領域ＢＳ２と連通する。

かかる構成によれば、第１背面領域ＢＳ１の一部である第１領域Ａ１に第３圧力流体が流入し、２次スラスト力Ｆ２が作用する方向とは反対方向に向けて作用する１次スラスト力Ｆ１が大きくなる。したがって、シール部２５を隙間Ｃ１に設ける場合と比較して、１次スラスト力Ｆ１によって相殺できる２次スラスト力Ｆ２が増加し、結果として回転軸１２に作用するスラスト力を低減させることができる。そして、スラスト力を低減させることで、スラスト軸受８１，８２が大型化することを抑制することができる。

（２）シール部２５は、１次スラスト力Ｆ１と２次スラスト力Ｆ２が釣り合う位置に設けられている。かかる構成によれば、より好適にスラスト力Ｆを低減することができ、スラスト軸受８１，８２が大型化することをより一層抑制することができる。

（３）スラスト力Ｆを小さくすることができるため支持プレート８０の径を小さくすることができる。このため、回転軸１２と一体となって支持プレート８０が回転するときに、支持プレート８０と、支持プレート８０と各スラスト軸受８１，８２との間に存在する流体との摩擦によって生じる動力損失（円板摩擦損）を低減することができる。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○シール部２５が設けられる位置（シール部２５の径）は、第１インペラ１４の基端面１４ａにおける内周端１４ｃと外周端１４ｄの範囲内、すなわち、第１背面領域ＢＳ内を第１領域Ａ１と第２領域Ａ２に分割できる範囲内であれば、適宜変更してもよい。

○第１吸入口３０ａに第２圧力流体が供給される構成であってもよい。詳細には、図４に示すように、モータハウジング５１には、第２吸入口７６が設けられ、車両空調装置２００は、配管を介して、蒸発器２０４から吐出される低圧流体が第２吸入口７６に供給されるように構成されている。また、第２吐出口を介して第２吐出室４２と第１吸入口３０ａとを接続する配管１１１が設けられる。この場合には、シール部２５は、第２インペラ１５の基端面１５ａにおける内周端１５ｃと外周端１５ｄとの間に設けられる。

かかる構成によれば、流体は、モータ室５０→第２インペラ室２２→第２ディフューザ流路４１→第２吐出室４２→第１吸入口３０ａ→第１インペラ室２１→第１ディフューザ流路３１→第１吐出室３２の順に流れる。この場合、「第１インペラ１４」が「２次インペラ」に対応し、「第１インペラ室２１」が「２次インペラ室」に対応する。更に、「第１対向面２０ｃａ」が「２次対向面」に対応し、「第１背面領域ＢＳ１」が「２次背面領域」に対応する。また、「第２インペラ１５」が「１次インペラ」に対応し、「第２インペラ室２２」が「１次インペラ室」に対応する。更に、「第２対向面２０ｃｂ」が「１次対向面」に対応し、「第２背面領域ＢＳ２」が「１次背面領域」に対応する。

○遠心圧縮機１０の搭載対象は、車両に限られず、任意である。
○実施形態の遠心圧縮機１０は、車両空調装置２００の一部に用いられていたが、これに限られず、他の用途に用いてもよい。例えば、車両が燃料電池を搭載した燃料電池車両（ＦＣＶ）である場合には、当該遠心圧縮機１０は、上記燃料電池に空気を供給する供給装置に用いられてもよい。要は、圧縮対象の流体は、冷媒であってもよいし空気などであってもよく、流体装置は、車両空調装置２００に限られず、任意である。

○実施形態では、第１インペラ１４と第２インペラ１５の形状を同一としたが、第１インペラ１４と第２インペラ１５の形状は異なっていてもよい。例えば、いずれか一方のインペラが、他方のインペラに比べて、一回り小さくてもよい。

○回転軸１２は、基端部１２ｃと本体部１２ａとで径が異なっていたが、これに限られず、同一であってもよい。先端部１２ｂについても同様である。

１０…遠心圧縮機、１１…ハウジング、１２…回転軸、１４…第１インペラ、１４ａ…基端面、１５…第２インペラ、１５ａ…基端面、２０ｃａ…第１対向面、２０ｃｂ…第２対向面、２０ｃｃ…貫通孔、２１…第１インペラ室、２２…第２インペラ室、２５…シール部。

Claims (2)

1. 回転軸と、
   基端面から先端面に向けて徐々に縮径した円錐台形状であって、前記回転軸と一体回転することによって流体を圧縮する１次インペラと、
   基端面から先端面に向けて徐々に縮径した円錐台形状であって、前記回転軸と一体回転することによって前記１次インペラによって圧縮された後の流体を圧縮する２次インペラと、
   前記１次インペラが収容された１次インペラ室、及び、前記２次インペラが収容された２次インペラ室を有するハウジングと、
   を備えた遠心圧縮機において、
   前記ハウジングは、前記１次インペラ室と前記２次インペラ室とを仕切る仕切壁を有し、
   前記回転軸は、前記仕切壁に形成された貫通孔に挿通された状態で、前記１次インペラ室及び前記２次インペラ室に跨って配置されており、
   前記１次インペラの基端面と前記２次インペラの基端面とは、前記仕切壁を介して、前記回転軸の軸線方向に互いに対向配置されており、
   前記仕切壁は、前記１次インペラの基端面と対向する１次対向面と、前記２次インペラの基端面と対向する２次対向面と、を有し、
   前記１次インペラ室は、前記１次インペラの基端面と前記１次対向面との間に形成され、前記１次インペラによって圧縮された流体が流入する１次背面領域を有し、
   前記２次インペラ室は、前記２次インペラの基端面と前記２次対向面との間に形成され、前記２次インペラによって圧縮された流体が流入する２次背面領域を有し、
   前記１次背面領域と前記２次背面領域とは、前記回転軸と前記貫通孔を形成する内壁との間の隙間を介して連通しており、
   前記１次背面領域は、当該１次背面領域内に環状のシール部が設けられることで第１領域と第２領域に分割されていることを特徴とする遠心圧縮機。
2. 前記シール部は、前記１次インペラに作用する１次スラスト力と、前記２次インペラに作用する２次スラスト力が釣り合う位置に設けられている請求項１に記載の遠心圧縮機。