JP5056447B2 - ターボ圧縮機及び冷凍機 - Google Patents

Description

本発明は、ターボ圧縮機及び冷凍機に関する。

ターボ圧縮機において、ディフューザ流路の断面積を変化させる可変ディフューザが知られている。例えば、特許文献１には、ディフューザ流路に配置される環状部材（ディフューザリング）を３点支持するとともに、環状部材を位置調節するための駆動力を伝達手段を介して周方向に伝達する機構が開示されている。
特開２００７−２１１７１６号公報

環状部材を備える可変ディフューザでは、環状部材の前面（径方向内側面）と背面（径方向外側面）との間の圧力差等に起因した軸方向の力が環状部材に作用する。

駆動力の伝達手段として周方向全体に張設された線状部材を有する上記特許文献１においては、環状部材に作用する力の一部が線状部材に伝わり、伝達手段あるいは位置調節手段における部材の姿勢が不安定になる場合がある。

また、周つながりを有する伝達手段においては、ある区間の引張状態の調整がその両隣の区間に影響する。これは、ある区間の調整の影響がすべての区間に及ぶ可能性があることを意味する。こうした伝達手段の調整は煩雑である。

本発明は、ディフューザ流路に配される環状部材の位置を安定的に変化させることが可能なターボ圧縮機を提供することを目的とする。

本発明の態様は、インペラの軸方向に互いに離間しかつその間にディフューザ流路が形成される第１及び第２壁と、少なくとも一部が前記ディフューザ流路に配置可能な環状部材と、前記環状部材を支持しかつ前記第１壁又は前記第２壁からの前記環状部材の高さを調節する位置調節装置とを備えるターボ圧縮機を提供する。前記位置調節装置は、前記環状部材につながったロッドを各々が有しかつ前記環状部材の周方向に互いに離間して配置された複数のレバー機構と、前記複数のレバー機構の少なくとも１つが受けた駆動力を他のレバー機構に伝達する伝達機構とを有する。伝達機構は、開放区間が部分的に設けられた周つながりの関係を有する。

この態様によれば、ディフューザ流路における環状部材の位置（高さ）が位置調節装置によって調節される。位置調節装置において、伝達機構を介して複数のレバー機構に駆動力が伝達され、適切に分配された駆動力によって環状部材の位置が変化する。また、伝達機構の周つながりが部分的な開放区間を有するから、その開放区間で伝達機構における力の一部が開放される。また、この態様によれば、伝達機構の調整が比較的容易である。すなわち、伝達機構における、ある区間の調整の影響が少なくとも開放区間で開放可能である。

本発明の別の態様は、上記のターボ圧縮機を備える冷凍機を提供する。

この態様によれば、安定したディフューザ効果が得られることから、信頼性の向上が図られる。

本発明によれば、伝達機構あるいはレバー機構における部材の姿勢が安定的に維持される結果、ディフューザ流路に配される環状部材の位置を安定的に変化させることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係るターボ圧縮機及び冷凍機の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、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。
本実施形態において、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において、気体状態で圧縮された冷媒（作動流体）である圧縮冷媒ガスＸ１が液化して冷媒液Ｘ２となる。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と流体的につながり、冷媒液Ｘ２が流れる流路Ｒ２を介してエコノマイザ２と流体的につながる。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。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と流体的につながり、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と流体的につながる。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。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と流体的に接続されている。

蒸発器３において、冷媒液Ｘ２の蒸発に伴って、気化熱に相当する熱が水等の冷却対象物から奪われ、その冷却対象物が冷却される。蒸発器３は、蒸発した冷媒ガスＸ４が流れる流路Ｒ５を介してターボ圧縮機４と流体的につながる。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と流体的に接続されている。

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。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と流体的につながり、冷媒ガスＸ４が流れる流路Ｒ５を介して蒸発器３と流体的につながる。

このように構成されたターボ冷凍機Ｓ１において、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、液化冷却されて冷媒液Ｘ２とされる。冷媒液Ｘ２は、膨張弁５によって減圧され、流路Ｒ２を介してエコノマイザ２に供給される。減圧された冷媒液Ｘ２は、エコノマイザ２において一時的に貯留される。エコノマイザからの冷媒液Ｘ２は、膨張弁６によってさらに減圧され、流路Ｒ３を介して蒸発器３に供給される。

蒸発器３に供給された冷媒液Ｘ２は、蒸発して冷媒ガスＸ４となる。その冷媒ガスＸ４は、流路Ｒ５を介してターボ圧縮機４に供給される。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。

エコノマイザ２に貯留されている冷媒液Ｘ２から発生した気相成分Ｘ３は、流路Ｒ４を介してターボ圧縮機４に供給される。その気相成分Ｘ３は、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。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、冷却対象物から熱を奪うことによって、冷却対象物を冷却あるいは冷凍する。

次に、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。図３はターボ圧縮機４の垂直断面図である。図４は、ターボ圧縮機４が備える圧縮ユニット２０を拡大した垂直断面図である。

本実施形態において、ターボ圧縮機４は、図２〜図４に示すように、モータユニット１０と、圧縮ユニット２０と、ギアユニット３０とを備える。

モータユニット１０は、出力軸１１を有すると共に圧縮ユニット２０を駆動させるための駆動源となるモータ１２と、モータ１２を囲むと共にモータ１２を支持するモータハウジング１３とを備えている。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。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。脚部１３ａの内部は、中空とされており、そのスペースは、ターボ圧縮機４の摺動部位に供給された潤滑油の回収用の油タンク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（軸方向）に沿って供給される冷媒ガスＸ４に速度エネルギを付与してその冷媒ガスＸ４をラジアル方向に導く第１インペラ２１ａ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が圧力エネルギに変換されるディフューザ流路を有する第１ディフューザ２１ｂと、第１ディフューザ２１ｂで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に導く吸入口２１ｄとを備えている。第１ディフューザ２１ｂ、第１スクロール室２１ｃ、及び吸入口２１ｄの少なくとも一部は、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に固定される。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すると、第１インペラ２１ａが回転駆動される。

第１ディフューザ２１ｂは、第１インペラ２１ａを囲む環状を有するディフューザ流路を有する。本実施形態において、第１ディフューザ２１ｂは、冷媒ガスＸ４の旋回速度を低減させて速度エネルギを効率的に圧力エネルギに変換する複数のディフューザベーン２１ｆを備えるベーン付ディフューザである。

第１圧縮段２１の吸入口２１ｄには、第１圧縮段２１の吸入流量を制御するための複数のインレットガイドベーン２１ｇが設置されている。各インレットガイドベーン２１ｇは、第１ハウジング２１ｅに固定された駆動機構２１ｈによって配設角度が変更される。インレットガイドベーン２１ｇの配設角度に応じて、冷媒ガスＸ４の流れ方向からの見かけ上の面積（実質的な流路断面積）が変更可能である。

第２圧縮段２２は、第１圧縮段２１からの冷媒ガスＸ４に速度エネルギを付与してラジアル方向に導く第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が圧力エネルギに変換されるディフューザ流路を有する第２ディフューザ２２ｂと、第２ディフューザ２２ｂで圧縮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で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ディフューザ２２ｂ、第２スクロール室２２ｃ及び導入スクロール室２２ｄの少なくとも一部は、第２インペラ２２ａを囲う第２ハウジング２２ｅによって形成されている。

第２インペラ２２ａは、第１インペラ２１ａと背面合わせに配置され、上記回転軸２３に固定される。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すると、第２インペラ２２ａも回転駆動される。他の実施形態において、第１インペラ２１ａと第２インペラ２２ａとが背面合わせ以外の位置関係にできる。

第２ディフューザ２２ｂは、第２インペラ２２ａを囲む環状を有するディフューザ流路を有する。本実施形態において、第２ディフューザ２２ｂは、ディフューザベーンを備えないベーンレスディフューザである。また、本実施形態において、第２ディフューザ２２ｂは、ディフューザリング５００及び位置調節装置５１０を有し、ディフューザ流路の実質的な断面積が可変である。ディフューザリング５００及びその位置調節装置５１０については後述する。

第２スクロール室２２ｃは、流路Ｒ１と流体的に接続されており、第２圧縮段２２からの圧縮冷媒ガスＸ１を流路Ｒ１を介して凝縮器１に供給する。

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いる。第１圧縮段２１にて圧縮された冷媒ガスＸ４が、この外部配管を介して、第２圧縮段２２に供給される。また、この外部配管には、上述の流路Ｒ４（図１参照）が流体的に接続されている。エコノマイザ２にて発生した冷媒の気相成分Ｘ３がこの外部配管を介して第２圧縮段２２に供給される。

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２４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２５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、モータ１２の出力軸１１の回転動力を回転軸２３に伝達する。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とを有する。ギアユニット３０において、モータ１２の出力軸１１の回転動力が回転軸２３に伝達されるとともに、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。

本実施形態において、ターボ圧縮機４は、軸受（第１軸受１４，第２軸受１５，第３軸受２４，第４軸受２５）、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。なお、図面において潤滑油供給装置７０は、一部のみが示されている。第３軸受２４が配置される空間５０は、第２ハウジング２２ｅに形成された貫通孔８０を介して、ギアユニット３０が収納される空間６０に流体的につながる。さらに、空間６０は、油タンク４０に流体的につながる。空間５０，６０に供給されかつ摺動部位から回収された潤滑油は、油タンク４０に送られる。

次に、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する。

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た後、モータ１２が駆動される。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、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。

第１圧縮段２１において、冷媒ガスＸ４は、スラスト方向（軸方向）に沿って第１インペラ２１ａに流入する。第１インペラ２１ａによって速度エネルギを付与された冷媒ガスＸ４は、ラジアル方向に沿って第１インペラ２１ａから排出される。

第１ディフューザ２１ｂにおいて、冷媒ガスＸ４の速度エネルギが圧力エネルギに変換され、冷媒ガスＸ４が圧縮される。本実施形態において、冷媒ガスＸ４がディフューザベーン２１ｆにぶつかることによって冷媒ガスＸ４の旋回速度が急激に減少され、速度エネルギが高効率で圧力エネルギに変換される。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。

第２圧縮段２２において、第１圧縮段２１からの冷媒ガスＸ４は、導入スクロール室２２ｄを介して、スラスト方向（軸方向）に沿って第２インペラ２２ａに流入する。第２インペラ２２ａによって速度エネルギを付与された冷媒ガスＸ４は、ラジアル方向に沿って第２インペラ２２ａから排出される。

第２ディフューザ２２ｂにおいて、冷媒ガスＸ４の速度エネルギが圧力エネルギに変換され、冷媒ガスＸ４が圧縮される。本実施形態において、第２ディフューザ２２ｂがベーンレスであるため、冷媒ガスＸ４がディフューザベーンにぶつかることによって生じる振動の発生がない。第２ディフューザ２２ｂから排出された圧縮冷媒ガスＸ１は、第２スクロール室２２ｃを介して第２圧縮段２２の外部に導出される。

第２圧縮段２２からの圧縮冷媒ガスＸ１は、流路Ｒ１を介して凝縮器１に供給される。本実施形態において、第２ディフューザ２２ｂにおける振動が低減されるから、凝縮器１の内部において反響した強い振動音が発生することが防止される。

次に、第２ディフューザ２２ｂの可変機構について詳しく説明する。
図４に示すターボ圧縮機４において、流体の吸い込み流量が変化すると、十分なディフューザ効果が得られなくなる場合がある。吸い込み流量は、例えば、モータ１２の出力速度、すなわち、回転軸２３の回転速度を変化させることで変化可能である。あるいは、吸い込み流量は、例えば、インレットガイドベーン２１ｇの配設角度を制御することで変化可能である。吸い込み流量が変化すると、例えば、第１インペラ２１ａから吹き出す流体の流れ方向と第１ディフューザ２１ｂの流路の途中又は出口付近に設けられたディフューザベーン２１ｆの配設方向とが一致しなくなるなどにより、十分なディフューザ効果が得られなくなる可能性がある。

本実施形態において、冷媒ガス（流体）の吸い込み流量等に応じて、ディフューザ流路の幅（流路断面積）を調節するための可変機構がターボ圧縮機４に組み込まれている。本実施形態において、可変ディフューザは、第２ディフューザ２２ｂに設けれている。他の実施形態において、可変ディフューザを第１ディフューザ２１ｂに設けてもよく、第１及び第２ディフューザ２１ｂ及び２２ｂの双方に設けてもよい。

図５は、第２ディフューザ２２ｂにおけるディフューザ流路６００を示す模式的な断面図である。図５において、ターボ圧縮機４は、第２インペラ２２ａの軸方向に互いに離間した第１及び第２壁６１１，６１２と、ディフューザリング５００と、位置調節装置５１０とを備える。第１及び第２壁６１１，６１２は、第２インペラ２２ａのラジアル方向に少なくとも延びる。本実施形態において、第１壁６１１と第２壁６１２とを実質的に平行に配置することができる。他の実施形態において、第１壁６１１の少なくとも一部が第２壁６１２と実質的に非平行であってもよく、又は第２壁６１２の少なくとも一部が第１壁６１１と実質的に非平行であってもよい。

第１及び第２壁６１１，６１２に挟まれたディフューザ流路６００の全体形状は、第２インペラ２２ａを囲む環状を有する。第２インペラ２２ａで圧縮された流体は、環状のディフューザ流路６００を少なくともラジアル方向（径方向外方）に流れる。

本実施形態において、ディフューザリング５００の全体形状は、第２インペラ２２ａ又はディフューザ流路６００と同心の環状を有する。第１壁６１１には、ディフューザリング５００が収容される環状の溝５０２が設けられている。本実施形態において、ディフューザリング５００は、ディフューザ流路６００に対して進退自在である。位置調節装置５１０は、ディフューザリング５００を支持しかつ第１壁６１１からのディフューザリング５００の高さ（突出高さ、突出量）を調節する。本実施形態において、ディフューザリング５００の突出高さを実質的にゼロにすることもできる。

ディフューザリング５００の配設位置において、ディフューザリング５００の突出高さに応じてディフューザ流路６００の断面積（ディフューザ流路６００の幅）が変化する。本実施形態において、第１ディフューザ２１ｂの流路と組み合わせて好ましいディフューザ効果が得られるように、位置調節装置５１０を用いて、ターボ圧縮機４における吸い込み流量などに応じたディフューザリング５００の最適な突出高さが設定される。

位置調節装置５１０には、位置調節用の駆動力が駆動シャフト５１２を介して外部から供給される。本実施形態において、駆動シャフト５１２は、位置調節装置５１０に接続された端部とは反対側の端部に取り付けられた不図示のノブを有する。ターボ圧縮機４の外部から手動で駆動シャフト５１２を回転させることにより、位置調節装置５１０に駆動力が供給される。他の実施形態において、駆動シャフト５１２は、サーボモータ等のモータの出力シャフトに接続できる。モータはターボ圧縮機４の内部に設置してもよく、外部に設置してもよい。この場合、モータを介して、駆動力の供給タイミング及び供給量が制御可能である。

図６は、ディフューザリング５００を示す模式的な斜視図である。本実施形態において、図６に示すように、ディフューザリング５００の軸方向の長さ（軸方向の幅）は、ラジアル方向のそれ（ラジアル幅、ディフューザリング５００の厚み）に比べて長い。他の実施形態において、ディフューザリング５００の軸方向の長さは、ラジアル方向のそれに比べて実質的に同じ又は短くできる。

図６において、ディフューザリング５００に、３つのロッド５１５が取り付けられている。３つのロッド５１５は、ディフューザリング５００の周方向に実質的に等間隔で離間している。ボルト等を介して各ロッド５１５の１つの端部がディフューザリング５００に固定される。ロッド５１５の軸方向の動きに伴い、ディフューザリング５００が軸方向に動く。本実施形態において、ディフューザリング５００の内周面にロッド５１５の端部が固定されている。他の実施形態において、ディフューザリング５００の他の適切な箇所にロッド５１５を固定してもよい。また、他の実施形態において、ロッド５１５の数は、２、４、５、６、７、８、９、又は１０以上にできる。ロッド５１５の数が３であると、ディフューザリング５００の傾き調整が比較的容易である。

図７は、位置調節装置５１０を示す平面図、図８は、図７に示されるＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆのラインに沿ったケーシング５０１及び位置調節装置を示す断面図である。

図７及び図８において、位置調節装置５１０は、前記ロッド５１５を各々が有しかつ周方向に互いに離間して配置された３つのレバー機構５２０Ａ，５２０Ｂ，５２０Ｃと、３つのレバー機構５２０Ａ，５２０Ｂ，５２０Ｃの少なくとも１つが受けた駆動力を他のレバー機構に伝達する伝達機構５４０とを有する。本実施形態において、１つのレバー機構５２０Ａに駆動シャフト５１２からの駆動力が伝達される。伝達機構５４０は、レバー機構５２０Ａが受けた駆動力を他のレバー機構５２０Ｂ，５２０Ｃに伝達する。

図９Ａ及び図９Ｂは、レバー機構５２０Ａを示す模式的な正面図である。他のレバー機構５２０Ｂ，５２０Ｃについてもレバー機構５２０Ａと同様の構成を有することができる。

図９Ａ及び図９Ｂにおいて、レバー機構５２０Ａは、前記ロッド５１５、ブッシュ５１７、連結軸５２４、揺動レバー５３０、及び連結軸５３２を有する。ケーシング５０１に設けられた孔５０４にブッシュ５１７及びロッド５１５が挿入される。ロッド５１５の軸方向の動きが、ブッシュ５１７に案内される。

連結軸５２４は、揺動レバー５３０を揺動自在にケーシング５０１に連結する。揺動レバー５３０は、連結軸５２４の軸心（支点５２２）を中心に、揺動することができる。

本実施形態において、レバー機構５２０Ａの揺動レバー５３０に駆動シャフト５１２が接続される。具体的には、駆動シャフト５１２の一端が揺動レバー５３０に固定され、駆動シャフト５１２の軸心は、揺動レバー５３０の支点（連結軸５２４の軸心）と一致する。駆動シャフト５１２が回動すると、揺動レバー５３０の配設角度が支点５２２を中心に変化する。

連結軸５３２は、揺動レバー５３０とロッド５１５とを連結するとともに、揺動レバー５３０の揺動運動を軸方向に沿った直線運動に変換する。連結軸５３２の軸心は、揺動レバー５３０の揺動中心（連結軸５２４の軸心）の側方に配置される。すなわち、ロッド５１５の移動方向と直交する方向に沿った揺動中心の側方に連結軸５３２の軸心が位置する。揺動レバー５３０には、連結軸５３２が挿入されかつ連結軸５３２と揺動中心との距離の変化を許容する溝５３１が設けられている。揺動レバー５３０の揺動に伴い、連結軸５３２及びロッド５１５が軸方向に沿って直線運動し、その結果、第１壁６１１からのディフューザリング５００の突出高さが変化する。

図９Ａ及び図９Ｂに示すように、伝達機構５４０の伝達レバー５５０も揺動レバー５３０に連結される。連結軸５５２は、揺動レバー５３０と伝達レバー５５０とを連結する。連結軸５５２の軸心は、揺動中心（連結軸５２４の軸心）に対してロッド５１５の移動方向に向いた側に位置する。伝達レバー５５０は、ロッド５１５の移動方向（ロッド５１５の延在方向）と直交する方向に少なくとも延びる。揺動レバー５３０の揺動に伴い、伝達レバー５５０の軸心（連結軸５５２）が支点５２２（連結軸５２４の軸心）を中心に揺動する。また、揺動レバー５３０の揺動に伴い、伝達レバー５５０に対する揺動レバー５３０の配設角度が連結軸５５２を介して変化するとともに、伝達レバー５５０の位置がシフトする。

図７に戻り、伝達機構５４０は、前記伝達レバー５５０を３つ有する。すなわち、伝達機構５４０は、レバー機構５２０Ａ，５２０Ｂ，５２０Ｃにそれぞれ連結された３つの伝達レバー５５０を有する。さらに伝達機構５４０は、６つのリレー部材５６０と、２つの可変ジョイント５７０とを有する。

本実施形態において、図７に示すように、６つのリレー部材５６０は、ディフューザリング５００の周方向に沿って約６０°ピッチで配置されている。また、ディフューザリング５００の周方向に沿って伝達レバー５５０と可変ジョイント５７０が交互に配置されている。各伝達レバー５５０の一端部が１つのリレー部材５６０に連結され、他端部が隣のリレー部材５６０に連結される。また、各可変ジョイント５７０の一端部が１つのリレー部材５６０に連結され、他端部が隣のリレー部材５６０に連結される。

各リレー部材５６０は、ケーシング５０１に取り付けられ、各軸心５６２を中心に揺動自在である。リレー部材５６０に連結された伝達レバー５５０及び可変ジョイント５７０の軸（長軸）は、ディフューザリング５００の接線方向に少なくとも延びる。

図１０に示すように、レバー機構５２０Ａに対して駆動力が駆動シャフト５１２を介して供給されると、ディフューザリング５００の接線方向に沿った伝達レバー５５０の位置が少なくともシフトする。ディフューザリング５００の径方向に沿った伝達レバー５５０の変位はレバー機構５２０Ａの連結軸５５２（図９参照）等によって許容される。伝達レバー５５０の動きに伴い、その伝達レバー５５０に連結された２つのリレー部材５６０が揺動する。また、そのうちの１つのリレー部材５６０に連結された可変ジョイント５７０が動く。

図７に戻り、伝達機構５４０において、レバー機構５２０Ａに対応する伝達レバー５５０が動くと、リレー部材５６０及び可変ジョイント５７０を介して、レバー機構５２０Ｂ及び５２０Ｃにそれぞれ対応する伝達レバー５５０が同期的に動く。すなわち、本実施形態において、伝達機構５４０は、実質的に周つながりの関係を構成する複数の連結手段（３つの伝達レバー５５０、６つのリレー部材５６０、２つの可変ジョイント５７０）を有する。

レバー機構５２０Ａが受けた駆動力が隣のレバー機構５２０Ｂに伝わり、さらに隣のレバー機構５２０Ｃに伝わる。すなわち、１つのレバー機構５２０Ａが受けた駆動力が伝達機構５４０を介して他のレバー機構５２０Ｂ，５２０Ｃに伝達される。その結果、周方向に互いに離間して配置されたレバー機構５２０Ａ，５２０Ｂ，５２０Ｃが実質的に同時に動く。各レバー機構５２０Ｂ，５２０Ｃにおいて、伝達レバー５５０の動きに伴い、揺動レバー５３０が揺動するとともに、ロッド５１５が軸方向に直線運動する。このとき、各レバー機構５２０Ａ，５２０Ｂ，５２０Ｃのロッド５１５が同期的に軸方向に移動し、ディフューザリング５００の軸方向の位置（突出高さ）が変化する。すなわち、位置調節装置５１０は、３つのレバー機構５２０Ａ，５２０Ｂ，５２０Ｃに適切に分配された駆動力によって、ディフューザリング５００の位置を安定的に変化させることができる。

本実施形態において、レバー機構５２０Ａとレバー機構５２０Ｂとは互いに隣り合う関係にある。レバー機構５２０Ａに対応する伝達レバー５５０とレバー機構５２０Ｂに対応する伝達レバー５５０との間には、それらを連結する可変ジョイント５７０が配置されている。同様に、レバー機構５２０Ｂとレバー機構５２０Ｃとは互いに隣り合う関係にある。レバー機構５２０Ｂに対応する伝達レバー５５０とレバー機構５２０Ｃに対応する伝達レバー５５０との間には、それらを連結する可変ジョイント５７０が配置されている。

レバー機構５２０Ｃとレバー機構５２０Ａとも、互いに隣り合う関係にある。しかしながら、レバー機構５２０Ａに対応する伝達レバー５５０とレバー機構５２０Ｂに対応する伝達レバー５５０との間には連結手段が配置されていない。

このように、本実施形態において、レバー機構５２０Ｃとレバー機構５２０Ａとの間に、周つながりの開放区間５８０が部分的に設けられている。これは、位置調節装置５１０における部材姿勢の安定性、及びテンション調整の容易さ等の点で有利である。

ここで、図７において、第２インペラ２２ａからの流体がディフューザ流路６００を流れると、ディフューザリング５００の前面（径方向内側面）と背面（径方向外側面）との間の圧力差等に起因した軸方向の力がディフューザリング５００に作用する。ディフューザリング５００に作用する軸方向の力は、通常、ディフューザ流路６００に向けてディフューザリング５００が持ち上げられる方向である。

流体流れに起因するこの軸方向の力は、図９Ａ及び９Ｂにおいて、レバー機構５２０Ａの揺動レバー５３０及び伝達機構５４０の伝達レバー５５０に伝わる。伝達レバー５５０には、ディフューザリング５００の接線方向に沿った応力が働く。

図７において、他のレバー機構５２０Ｂ，５２０Ｃに対応する伝達レバー５５０にも同様に、流体流れに起因する応力が働く。３つの伝達レバー５５０に働く応力の向きは、伝達機構５４０の周つながりにおける互いに同じ向きである。本実施形態において、レバー機構５２０Ａに対応する伝達レバー５５０に働く応力の向きは、周つながりにおけるレバー機構５２０Ａからレバー機構５２０Ｂに向かう向きである。すなわち、３つの伝達レバー５５０に働く応力の向きはすべて、周つながりにおけるレバー機構５２０Ａからレバー機構５２０Ｃに向かう向き（図７における左周り）である。他の実施形態において、３つの伝達レバー５５０に働く応力の向きがすべて、周つながりにおけるレバー機構５２０Ｃからレバー機構５２０Ａに向かう向き（図７における右周り）にすることもできる。

伝達機構５４０において、周つながりの関係を構成する複数の連結手段（３つの伝達レバー５５０、６つのリレー部材５６０、２つの可変ジョイント５７０）に、流体流れに基づく、周つながりにおける同じ向きに沿って応力が働く。伝達機構５４０に作用する流体流れに基づく力の向きが伝達機構５４０の全体で一様であることにより、伝達機構５４０に連結された３つのレバー機構５２０Ａ，５２０Ｂ，５２０Ｃの姿勢が安定的に維持される。

本実施形態において、周つながりにおけるレバー機構５２０Ａからレバー機構５２０Ｃに向かう向きに沿った力の伝達は、レバー機構５２０Ｃに対応する伝達レバー５５０で途切れる。すなわち、伝達機構５４０において、周つながりにおける一つの向きに沿った力の伝達が開放区間５８０で開放される。レバー機構５２０Ｃとレバー機構５２０Ａとの間に設けられた伝達機構５４０における周つながりの開放区間５８０は、伝達機構５４０に作用する応力の向きの一様性に貢献する。仮に、伝達機構５４０の周つながりに部分的な開放区間がなく、周つながりが完全に閉じた系である場合、伝達機構５４０及び／又はレバー機構５２０Ａ，５２０Ｂ，５２０Ｃ内の少なくとも一部に姿勢のねじれを生じさせる可能性がある。

本実施形態において、開放区間５８０における力の解放によって、伝達機構５４０及びレバー機構５２０Ａ，５２０Ｂ，５２０Ｃにおける部材の姿勢が安定的に維持される。その結果、位置調節装置５１０は、ディフューザリング５００の高さ位置を安定的に変化させることができる。

また、図７において、伝達機構５４０の周つながりの張り（テンション）の調整は、２つの可変ジョイント５７０を用いて行うことができる。例えば、レバー機構５２０Ａとレバー機構５２０Ｂとの間の可変ジョイント５７０の軸長さを先に調整し、その後、レバー機構５２０Ｂとレバー機構５２０Ｃとの間の可変ジョイント５７０の軸長さを調整する。一方の可変ジョイント５７０の軸長さの調整の影響は、伝達レバー５５０及びリレー部材５６０等を介して、他方の可変ジョイント５７０に伝わる。

本実施形態において、可変ジョイント５７０を用いた調整の影響の伝達は開放区間５８０で途切れる。仮に、伝達機構５４０の周つながりに部分的な開放区間がなく、周つながりが完全に閉じた系である場合、１つの可変ジョイント５７０の軸長さを調整すると、その影響が途切れることなくその可変ジョイント５７０自身にも及ぶ。可変ジョイント５７０での調整の影響が周つながりの開放区間５８０で開放されることにより、容易かつ精密な調整作業が実施可能である。

本実施形態において、開放区間５８０は、駆動力を受けるレバー機構５２０Ａに隣接する。これは、伝達機構５４０に作用する応力の向きの一様性に貢献する。周つながりの関係において、力の向きが一方向で安定していることにより、位置調節装置５１０のスムーズな動きが導かれる。

他の実施形態において、周つながりにおける開放区間を駆動力を受けるレバー機構から離れた位置に設けることもできる。この場合、駆動力を受けるレバー機構に隣接する一方のレバー機構と、隣接する他方のレバー機構との間でレバー機構の構成が異なっていてもよい。

また、他の実施形態において、周つながりの関係を構成する連結手段の一部として、線状部材（ワイヤ）を用いることもできる。線状部材を用いた場合であっても、周つながりに部分的な開放区間を設けることにより、位置調節装置における部材姿勢の安定性、及びテンション調整の容易さ等の利点を得ることができる。

なお、他の実施形態において、上記の可変ディフューザ（ディフューザリング５００、位置調節装置５１０）を単段のターボ圧縮機に適用することもできる。あるいは、他の実施形態において、ターボ圧縮機の段数は、３、４、５、６、７、８、９、又は１０以上にできる。

また、他の実施形態において、上記の可変ディフューザをベーン付きディフューザに適用することも可能である。

また、他の実施形態において、上記のターボ圧縮機を家庭用や業務用の冷蔵庫あるいは冷凍庫や、家庭用の空調装置に適用することも可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されることはない。上記説明において使用した数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。

ターボ冷凍機の概略構成を示すブロック図である。 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。 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。 ディフューザ流路を示す模式的な断面図である。 ディフューザリングを示す模式的な斜視図である。 位置調節装置を示す平面図である。 図７に示されるＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆのラインに沿ったケーシング及び位置調節装置を示す断面図である。 レバー機構を示す模式的な正面図である。 レバー機構を示す模式的な正面図である。 レバー機構の動きを説明するための図である。

符号の説明

Ｓ１……冷凍機、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、２１ｂ……第１ディフューザ、２１ｆ……ディフューザベーン、２２……第２圧縮段、２２ａ……第２インペラ、２２ｂ……第２ディフューザ、１００……第１圧縮段、Ｘ１……圧縮冷媒ガス、Ｘ２……冷媒液、Ｘ３……気相成分、Ｘ４……冷媒ガス、５００……ディフューザリング、５０１……ケーシング、５１０……位置調節装置、５１２……駆動シャフト、５１５……ロッド、５２０Ａ，５２０Ｂ，５２０Ｃ……レバー機構、５２２……支点、５３０……揺動レバー、５４０……伝達機構、５５０……伝達レバー、５６０……リレー部材、５７０……可変ジョイント、５８０……開放区間、６００……ディフューザ流路、６１２……第１壁、６１２……第２壁。

Claims (4)

1. ターボ圧縮機であって、
   インペラの軸方向に互いに離間しかつその間にディフューザ流路が形成される第１及び第２壁と、
   少なくとも一部が前記ディフューザ流路に配置可能な環状部材と、
   前記環状部材を支持しかつ前記第１壁又は前記第２壁からの前記環状部材の高さを調節する位置調節装置と、を備え、
   前記位置調節装置は、
   前記環状部材につながったロッドを各々が有しかつ前記環状部材の周方向に互いに離間して配置された複数のレバー機構と、
   前記複数のレバー機構の少なくとも１つが受けた駆動力を他のレバー機構に伝達するとともに、開放区間が部分的に設けられた周つながりの関係を有する伝達機構と、
   を有することを特徴とするターボ圧縮機。
2. 前記開放区間は、前記複数のレバー機構のうちの前記駆動力を受ける１つに隣接することを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機。
3. 前記複数のレバー機構から前記伝達機構に伝わる、前記ディフューザ流路内の流体流れに基づく前記周つながりに沿った力の向きが、前記複数のレバー機構の間で同じであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のターボ圧縮機。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに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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