JP5490338B2

JP5490338B2 - 遠心圧縮機

Info

Publication number: JP5490338B2
Application number: JP2013556095A
Authority: JP
Inventors: 英俊田口; 文俊西脇; 晃小森
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2033-03-22
Also published as: CN103620225A; JPWO2013140819A1; US9394913B2; WO2013140819A1; US20140202202A1; CN103620225B

Description

本発明は、遠心圧縮機に関する。

従来から、羽根車を通過する作動流体の一部が吸入口に戻されるように構成された遠心圧縮機が知られている。例えば、特許文献１には、図７に示すような遠心圧縮機１００が開示されている。

この遠心圧縮機１００では、羽根車１１０を取り囲むシュラウド壁１２０に、円筒状のトリートメント室１３０が設けられている。トリートメント室１３０の一端からは、スリット状の第１流路１３１が羽根車１１０に向かって開口しており、トリートメント室１３０の他端からはスリット状の第２流路１３２が吸入口１０１に開口している。

特許第４１０００３０号公報

遠心圧縮機では、上記のような構成を採用したとしても、まだまだ性能に改善の余地がある。

そこで、本開示は、遠心圧縮機の性能を向上させることを目的とする。

すなわち、本開示は、
作動流体を圧縮する遠心圧縮機であって、
主翼と前記主翼よりも短い副翼とが交互に配置された羽根車と、
前記羽根車に沿う形状を有し、吸入口を形成するシュラウド壁と、
前記シュラウド壁の外側面に面する、前記吸入口での作動流体の圧力と等しいまたはそれよりも小さな圧力の排出空間に接続される抽出室と、を備え、
前記シュラウド壁には、前記副翼の加圧面と前記主翼との間に流入した作動流体の一部を前記抽出室に導く抽出通路が設けられており、
前記羽根車の回転軸を通る子午面に前記主翼、前記副翼および前記シュラウド壁を回転投影することによって得られる子午面投影図において、前記副翼の上流端と前記副翼の先端との交点が、前記抽出通路の入口の前記吸入口に近い側の開口縁よりも前記吸入口の近くに位置している、遠心圧縮機を提供する。

本開示によれば、遠心圧縮機の性能を向上させることができる。

本開示の一実施形態に係る遠心圧縮機の断面図図１に示す遠心圧縮機の一部断面斜視図子午面における主翼と第１スリットの位置関係および副翼と第２スリットの位置関係を説明する図図３の部分拡大図変形例に係る遠心圧縮機の断面図図１または図５に示す遠心圧縮機が用いられた冷凍サイクル装置の構成図従来の遠心圧縮機の断面図

まず、本開示の着眼点について説明する。

遠心圧縮機の羽根車は、通常、主翼と主翼よりも短い副翼が交互に配置された構成を有している。遠心圧縮機に吸入された作動流体は、まず主翼同士の間に流入した後に、副翼によって分割される。これらの翼の先端とシュラウド壁との間の隙間は、翼の高さに対して１０％未満に設定されることが多い。しかしながら、遠心圧縮機を小型化した場合は、翼の先端とシュラウド壁との間の隙間が比較的に大きくなることがある。このような構成では、翼の先端とシュラウド壁との間の隙間を通じて作動流体が漏れる（換言すれば、翼の先端を作動流体が乗り越える）ことで、主翼同士の間に流入した作動流体中に渦が発生するだけでなく、主翼と副翼との間に流入した作動流体中にも渦が発生する。本発明者らは、主翼同士の間に流入した作動流体の一部および主翼と副翼との間に流入した作動流体の一部の双方を抜き出すことで、上述したような二段階での渦の発生を防止ないし抑制できることを見出した。これにより、遠心圧縮機の性能を向上させることができる。

ただし、主翼と副翼との間に流入した作動流体の一部のみを抜き出したとしても、上述した渦の発生を防止ないし抑制できる。また、主翼同士の間に流入した作動流体の一部のみを抜き出したとしても、上述した渦の発生を防止ないし抑制できる。本明細書に開示された技術は、このような観点から成されたものである。

本開示の第１態様は、
作動流体を圧縮する遠心圧縮機であって、
主翼と前記主翼よりも短い副翼とが交互に配置された羽根車と、
前記羽根車に沿う形状を有し、吸入口を形成するシュラウド壁と、
前記シュラウド壁の外側面に面する、前記吸入口での作動流体の圧力と等しいまたはそれよりも小さな圧力の排出空間に接続される抽出室と、を備え、
前記シュラウド壁には、前記副翼の加圧面と前記主翼との間に流入した作動流体の一部を前記抽出室に導く抽出通路が設けられており、
前記羽根車の回転軸を通る子午面に前記主翼、前記副翼および前記シュラウド壁を回転投影することによって得られる子午面投影図において、前記副翼の上流端と前記副翼の先端との交点が、前記抽出通路の入口の前記吸入口に近い側の開口縁よりも前記吸入口の近くに位置している、遠心圧縮機を提供する。

第１態様によれば、副翼の加圧面と主翼との間に流入した作動流体の一部を抽出通路を通じて抜き出すことで、副翼の先端とシュラウド壁との間の隙間を通じて作動流体が漏れることに起因する渦の発生を防止ないし抑制することができる。これにより、遠心圧縮機の性能を向上させることができる。また、上記のような位置に抽出通路の入口があると、副翼の加圧面と主翼との間に流入した作動流体の一部を効率的に抽出室に導くことができる。

主翼の上流端の近傍において、主翼の加圧面における作動流体の圧力と主翼の非加圧面における作動流体の圧力との間には未だ大きな差は生じていない。一方、作動流体が副翼に到達するころには、主翼の加圧面における作動流体の圧力と主翼の非加圧面における作動流体の圧力との間に比較的大きい差が生じている。そのため、翼の先端を作動流体が乗り越えるという現象は、主翼よりも副翼で起こりやすい。従って、副翼の加圧面と主翼との間に流入した作動流体の一部を抽出室に導くように抽出通路（スリット）が形成されていると、遠心圧縮機の性能を効果的に向上させることができる。

第２態様は、第１態様に加え、前記シュラウド壁には、隣り合う前記主翼の間に流入した作動流体の一部を前記抽出室に導く追加の抽出通路がさらに設けられており、前記子午面投影図において、前記主翼の上流端と前記主翼の先端との交点は、前記追加の抽出通路の入口の前記吸入口に近い側の開口縁よりも前記吸入口の近くに位置している、遠心圧縮機を提供する。上記のような位置に追加の抽出通路の入口があると、主翼同士の間に流入した作動流体の一部を効率的に抽出室に導くことができる。

第３態様は、第２態様に加え、前記シュラウド壁の周方向における前記追加の抽出通路の長さは、当該追加の抽出通路が前記羽根車に向かって開口する位置での隣り合う前記主翼の間の距離よりも短い、遠心圧縮機を提供する。この構成であれば、１つの追加の抽出通路上に２つの主翼の先端が同時に位置することがなく、各主翼による追加の抽出通路を通じた作動流体の掻き出しを良好に行うことができる。

第４態様は、第２または第３態様に加え、前記子午面投影図において、前記追加の抽出通路の前記入口は、前記主翼の前記先端の投影長をＬ１としたときに前記主翼の前記上流端から０．０２Ｌ１〜０．４Ｌ１の範囲にある、遠心圧縮機を提供する。このような範囲に追加の抽出通路の入口が位置していると、渦の発生を極めて効果的に防止ないし抑制することができる。

第５態様は、第２〜第４態様のいずれか１つに加え、前記抽出通路および前記追加の抽出通路は共に複数あり、前記抽出通路と前記追加の抽出通路が前記シュラウド壁の周方向に交互に千鳥状に並んでいる、遠心圧縮機を提供する。このような構成によれば、主翼同士の間に流入した作動流体の一部および主翼と副翼との間に流入した作動流体の一部の双方を効率的に抜き出すことができる。

第６態様は、第２〜第５態様のいずれか１つに加え、前記追加の抽出通路の数は前記主翼の数と等しく、前記追加の抽出通路は前記主翼と同一角度ピッチで配置されている、遠心圧縮機を提供する。このような構成によれば、１つの追加の抽出通路上に２つの主翼の先端が同時に位置することがなく、各主翼による追加の抽出通路を通じた作動流体の掻き出しを良好に行うことができる。

第７態様は、第１〜第６態様のいずれか１つに加え、前記シュラウド壁の周方向における前記抽出通路の長さは、当該抽出通路が前記羽根車に向かって開口する位置での前記主翼と前記副翼との間の距離よりも短い、遠心圧縮機を提供する。この構成であれば、１つの抽出通路上に主翼の先端および副翼の先端が同時に位置することがなく、主翼および副翼による抽出通路を通じた作動流体の掻き出しを良好に行うことができる。

第８態様は、第１〜第７態様のいずれか１つに加え、前記子午面投影図において、前記抽出通路の前記入口は、前記副翼の前記先端の投影長をＬ２としたときに前記副翼の前記上流端から０．０２Ｌ２〜０．４Ｌ２の範囲にある、遠心圧縮機を提供する。このような範囲に抽出通路の入口が位置していると、渦の発生を極めて効果的に防止ないし抑制することができる。

第９態様は、
冷媒液を貯留するとともに内部で冷媒液を蒸発させる蒸発器、冷媒蒸気を圧縮する第１圧縮機、および内部で冷媒蒸気を凝縮させるとともに冷媒液を貯留する凝縮器がこの順に接続された主回路と、
前記蒸発器に貯留された冷媒液または前記蒸発器内で冷却された熱媒体を吸熱用熱交換器を経由して循環させる第１循環路と、
前記凝縮器に貯留された冷媒液または前記凝縮器内で加熱された熱媒体を放熱用熱交換器を経由して循環させる第２循環路と、を備え、
前記第１圧縮機が第１〜第８態様のいずれか１つの遠心圧縮機であり、前記遠心圧縮機の前記抽出室から前記蒸発器に冷媒蒸気を戻す還流路をさらに備える、冷凍サイクル装置を提供する。

第９態様によれば、還流路を通じて、遠心圧縮機の抽出室から蒸発器に冷媒蒸気が戻される。これにより、遠心圧縮機の性能を向上させることができ、ひいては冷凍サイクル装置の性能を向上させることができる。

第１０態様は、第９態様に加え、前記第２圧縮機は遠心型であり、前記第１圧縮機と前記第２圧縮機は、回転シャフトによって連結されている、冷凍サイクル装置を提供する。第１圧縮機と第２圧縮機とを回転シャフトによって連結すれば、第１圧縮機および第２圧縮機の部品点数を減らすことができる。

第１１態様は、第９または第１０態様に加え、前記還流路には流量調整弁が設けられている、冷凍サイクル装置を提供する。流量調整弁で冷媒蒸気の流量を調整することによって、遠心圧縮機の効率を最適化できる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は以下の実施形態によって限定されるものではない。

（実施形態）
図１および図２に、本発明の一実施形態に係る遠心圧縮機１Ａを示す。遠心圧縮機１Ａは、回転シャフト１１により、電動機と連結されたり、タービンおよび発電機と連結されたりする。遠心圧縮機１Ａは、回転軸１１の回転により駆動され、作動流体を圧縮する。

具体的に、遠心圧縮機１Ａは、回転シャフト１１に固定された羽根車２と、羽根車２の裏側に配置されたバックプレート１３と、羽根車２を収容するハウジング１５とを備えている。なお、以下の説明では、説明の便宜のために、回転シャフト１１の軸方向のうちバックプレート１３の表面側を前方、裏面側を後方ということもある。

羽根車２は、回転シャフト１１の軸方向に沿って最小径部から最大径部まで滑らかに拡径する本体部２０と、本体部２０のフレア状の外周面から突出する主翼２１および副翼２２を含む。主翼２１と副翼２２は、羽根車２の周方向に交互に並んでいる。副翼２２は主翼２１よりも短く、図３に示すように、副翼２２の下流端２２ｃは主翼２１の下流端２１ｃと同位置に位置している一方で、副翼２２の上流端２２ａは主翼２１の上流端２１ａよりも後方に位置している。主翼２１および副翼２２については、羽根車２の回転方向側の面が加圧面であり、それと反対側の面が非加圧面である。

ハウジング１５は、羽根車２に沿う形状を有するシュラウド壁３と、シュラウド壁３の前端部から径方向外側に広がるフランジ５と、シュラウド壁３の後端部につながれた周縁部材１７と、周縁部材１７とフランジ５に挟持されるフロント部材１８と、を含む。シュラウド壁３は、羽根車２よりも前方に延びて吸入口１２を形成し、周縁部材１７は、羽根車２の周囲に、バックプレート１３とシュラウド壁３との間に形成されるディフューザと連通する渦巻き室１６を形成する。なお、本実施形態では、シュラウド壁３が羽根車２の主翼２１の上流端２１ａ近傍で前後に分割されており、シュラウド壁３の前側部分とフランジ５が一体となっており、シュラウド壁３の後側部分と周縁部材１７が一体となっている。

なお、図３は、羽根車２の回転軸Ａを通る子午面に主翼２１（full blade）、副翼２２（splitter blade）およびシュラウド壁３を回転投影することによって得られる子午面投影図（回転投影図）である。子午面投影図に表わされた形状は、ターボ機械の分野において、「子午面形状」と呼ばれている。また、本明細書では、吸入口１２に面する主翼２１の外周縁を主翼２１の上流端２１ａと定義する。シュラウド壁３に面する主翼２１の外周縁を主翼２１の先端２１ｂと定義する。同様に、吸入口１２に面する副翼２２の外周縁を副翼２２の上流端２２ａと定義する。シュラウド壁３に面する副翼２２の外周縁を副翼２２の先端２２ｂと定義する。

フロント部材１８は、フランジ５と共にシュラウド壁３の外側面に面する空間を覆っている。すなわち、シュラウド壁３、フランジ５およびフロント部材１８は、吸入口１２の周囲に環状の抽出室（bleed chamber）４を形成している。また、フロント部材１８は、フランジ５を越えて前方に延びる筒状面１８ａを有している。筒状面１８ａは、フランジ５の前面に面する、吸入口１２と連続するリング状空間（本発明の排出空間に相当）１８ｂを形成する。リング状空間１８ｂは作動流体で満たされるために、リング状空間１８ｂは、吸入口１２での作動流体の圧力と等しい圧力を有する。ここで、「等しい」とは、リング状空間１８ｂの圧力が吸入口１２での作動流体の圧力と完全に一致する状態だけでなく、圧力損失分だけ前者が後者よりも大きい状態を含む概念である。

フランジ５には円弧状の開口５１が設けられており、この開口５１によって抽出室４がリング状空間１８ｂに接続されている。

シュラウド壁３には、周方向に延びる複数の第１スリット３１（追加の抽出通路）および第２スリット３２（抽出通路）が設けられている。第１スリット３１は、抽出室４から羽根車２の主翼２１の上流端２１ａ近傍に開口しており、第２スリット３２は、抽出室４から副翼２２の上流端２２ａ近傍に開口している。第１スリット３１と第２スリット３２は、周方向に交互に千鳥状に並んでいる。なお、第１スリット３１および第２スリット３２は、必ずしも周方向と完全に平行である必要はなく、周方向に対して僅かに傾斜していてもよい。

第１スリット３１は、隣り合う主翼２１の間に流入した作動流体の一部を抽出室４に導くものであり、第２スリット３２は、副翼２２の加圧面と主翼２１との間に流入した作動流体の一部を抽出室４に導くものである。例えば、第１スリット３１の数は主翼２１の数と等しく、第１スリット３１は主翼２１と同一角度ピッチで配置される。この構成であれば、１つの第１スリット３１上に２つの主翼２１の先端２１ｂが同時に位置することがなく、各主翼２１による第１スリット３１を通じた作動流体の掻き出しを良好に行うことができる。

図３および図４に示すように、第１スリット３１は、回転シャフト１１の軸方向において、主翼２１の上流端２１ａよりも後方、かつ副翼２２の上流端２２ａよりも前方の位置で開口している。詳細には、図４に示すように、子午面投影図において、主翼２１の上流端２１ａと主翼２１の先端２１ｂとの交点２１ｔは、第１スリット３１の入口の吸入口１２に近い側の開口縁３１ｅよりも吸入口１２の近くに位置している。本実施形態では、第１スリット３１の入口の全部が主翼の先端２１ｂに面している。このような位置に第１スリット３１の入口があると、主翼２１同士の間に流入した作動流体の一部を効率的に抽出室４に導くことができる。

第２スリット３２は、回転シャフト１１の軸方向において、副翼２２の上流端２２ａよりも後方の位置で開口している。詳細には、図４に示すように、子午面投影図において、副翼２２の上流端２２ａと副翼２２の先端２２ｂとの交点２２ｔが、第２スリット３２の入口の吸入口１２に近い側の開口縁３２ｅよりも吸入口１２の近くに位置している。本実施形態では、第２スリット３２の入口の全部が副翼２２の先端２２ｂに面している。このような位置に第２スリット３２の入口があると、副翼２２の加圧面と主翼２１との間に流入した作動流体の一部を効率的に抽出室４に導くことができる。

シュラウド壁３の周方向における第１スリット３１の長さは、当該第１スリット３１が羽根車２に向かって開口する位置での隣り合う主翼２１の間の距離よりも短いことが望ましい。この構成であれば、１つの第１スリット３１上に２つの主翼２１の先端２１ｂが同時に位置することがなく、各主翼２１による第１スリット３１を通じた作動流体の掻き出しを良好に行うことができるからである。同様の観点から、シュラウド壁３の周方向における第２スリット３２の長さは、当該第２スリット３２が羽根車２に向かって開口する位置での主翼２１と副翼２２との間の距離よりも短いことが望ましい。

図３に示すように、羽根車２の回転軸Ａ（回転シャフト１１の中心軸）を通る子午面において、第１スリット３１の入口（羽根車２側の開口）は、主翼２１の先端２１ｂの投影長をＬ１としたときに主翼２１の上流端２１ａから例えば０．０２Ｌ１〜０．４Ｌ１（または０．０５Ｌ１〜０．１Ｌ１）の範囲にある。一方、第２スリット３２の入口（羽根車２側の開口）は、副翼２２の先端２２ｂの投影長をＬ２としたときに副翼２２の上流端２２ａから例えば０．０２Ｌ２〜０．４Ｌ２（または０．０５Ｌ２〜０．１Ｌ２）の範囲にある。第１スリット３１の幅は、例えば、第１スリット３１に向かい合う位置における主翼２１の厚さの３〜５倍である。同様に、第２スリット３２の幅は、例えば、第２スリット３２に向かい合う位置における副翼２２の厚さの３〜５倍である。なお、「投影長」とは、図３の子午面投影図において、先端２１ｂおよび２２ｂが描く弧の長さを意味する。

以上説明した遠心圧縮機１Ａでは、主翼２１同士の間に流入した作動流体の一部を第１スリット３１を通じて抜き出すことで、主翼２１の先端２１ｂとシュラウド壁３との間の隙間を通じて作動流体が漏れることに起因する渦の発生を防止ないし抑制することができる。また、副翼２２の加圧面と主翼２１との間に流入した作動流体の一部を第２スリット３２を通じて抜き出すことで、副翼２２の先端２２ｂとシュラウド壁３との間の隙間を通じて作動流体が漏れることに起因する渦の発生を防止ないし抑制することができる。これにより、遠心圧縮機１Ａの性能を向上させることができる。

ところで、翼の先端とシュラウド壁との間の隙間を通じて作動流体が漏れることに起因する渦は、翼の上流端の直ぐ下流側に現れることが多い。このため、主翼２１の上流端２１ａから例えば０．０２Ｌ１〜０．４Ｌ１（または０．０５Ｌ１〜０．１Ｌ１）の範囲に第１スリット３１の開口（入口）を位置させれば、渦の発生を極めて効果的に防止ないし抑制することができる。同様に、副翼２２の上流端２２ａから例えば０．０２Ｌ２〜０．４Ｌ２（または０．０５Ｌ２〜０．１Ｌ２）の範囲に第２スリット３２の開口（入口）を位置させれば、渦の発生を極めて効果的に防止ないし抑制することができる。

＜変形例＞
図５に示すように、変形例に係る遠心圧縮機１Ｂは、シュラウド壁３に第１スリット３１が設けられていない点を除き、図１〜４を参照して説明した遠心圧縮機１Ａと同じ構造を有する。シュラウド壁３には、作動流体の一部を抽出室４に導く抽出通路として、少なくとも１つの第２スリット３２が設けられている。遠心圧縮機１Ｂのその他の部分には、遠心圧縮機１Ａの説明が適用され得る。

主翼２１の上流端２１ａの近傍において、主翼２１の加圧面における作動流体の圧力と主翼２１の非加圧面における作動流体の圧力との間には未だ大きな差は生じていない。一方、作動流体が副翼２２に到達するころには、主翼２１の加圧面における作動流体の圧力と主翼２１の非加圧面における作動流体の圧力との間に比較的大きい差が生じている。そのため、翼の先端を作動流体が乗り越えるという現象は、主翼２１よりも副翼２２で起こりやすい。従って、副翼２２の加圧面と主翼２１との間に流入した作動流体の一部を抽出室４に導くように抽出通路（スリット３２）が形成されていると、遠心圧縮機１Ｂの性能を効果的に向上させることができる。

＜その他の変形例＞
前記実施形態では、第１スリット３１および第２スリット３２が共に複数設けられていたが、第１スリット３１および第２スリット３２は１つずつ設けられていてもよい。

また、作動流体の一部を抽出室４に導く抽出通路の断面形状は特に限定されない。例えば、第１スリット３１に代えて、円形、楕円形、矩形などの他の断面形状を有する貫通孔が設けられていてもよい。さらに、互いに異なる断面形状を有する抽出通路がシュラウド壁３の周方向に沿って形成されていてもよい。このことは、第２スリット３２にも当てはまる。

また、前記実施形態では、フランジ５に設けられた開口５１により抽出室４が吸入口１２と連続するリング状空間１８ｂに接続されていた。しかし、抽出室４は、吸入口１２での作動流体の圧力よりも小さな空間に接続されていてもよい。例えば、抽出室４は、ハウジング１５を貫通する流路により、遠心圧縮機１Ａまたは１Ｂとは別に設置される負圧源（例えば、他の圧縮機の吸入側）に接続されていてもよい。

（適用例）
上述した遠心圧縮機１Ａおよび１Ｂは、特にその用途が限定されるものではないが、定置式や例えば自動車などの車両に搭載されるガスタービン発電装置に用いられてもよい。あるいは、遠心圧縮機１Ａおよび１Ｂは、例えば図６に示すような冷凍サイクル装置１０に用いることができる。

冷凍サイクル装置１０は、冷媒を循環させる主回路６、吸熱用の第１循環路７および放熱用の第２循環路８を備えている。主回路６、第１循環路７および第２循環路８内には、常温で液体の冷媒が充填されている。詳細には、冷媒として、常温での飽和蒸気圧が負圧である冷媒が使用されている。そのような冷媒として、水またはアルコールを主成分とする冷媒が挙げられる。主回路６、第１循環路７および第２循環路８内は大気圧よりも低い負圧状態になっている。本明細書において、「主成分」とは質量比で最も多く含まれた成分を意味する。

主回路６は、蒸発器６６、第１圧縮機６１、中間冷却器６２、第２圧縮機６３、凝縮器６４および膨張弁６５を含み、これらの機器は流路によってこの順に接続されている。

蒸発器６６は、冷媒液を貯留するとともに内部で冷媒液を蒸発させる。具体的に、蒸発器６６に貯留された冷媒液は、第１循環路７により吸熱用熱交換器７１を経由して循環させられる。例えば、冷凍サイクル装置１０が室内の冷房を行う空気調和装置である場合、吸熱用熱交換器７１は室内に設置され、送風機により供給される室内の空気を冷媒液との熱交換により冷却する。

第１圧縮機６１および第２圧縮機６３は、冷媒蒸気を二段階で圧縮する。第１圧縮機６１として、上述した遠心圧縮機１Ａまたは１Ｂが用いられる。第２圧縮機６３は、第１圧縮機６１から独立した容積型圧縮機であってもよいが、本実施形態では、第１圧縮機６１と回転シャフト１１により連結された遠心型圧縮機である。回転シャフト１１を回転させる電動機６７は、第１圧縮機６１と第２圧縮機６３との間に配置されていてもよいし、どちらかの圧縮機器の外側に配置されていてもよい。第１圧縮機６１と第２圧縮機６３とを回転シャフト１１によって連結すれば、第１圧縮機６１および第２圧縮機６３の部品点数を減らすことができる。

中間冷却器６２は、第１圧縮機２１から吐出された冷媒蒸気を第２圧縮機２２に吸入される前に冷却する。中間冷却器６２は、直接接触式の熱交換器であってもよいし、間接式の熱交換器であってもよい。

凝縮器６４は、内部で冷媒蒸気を凝縮させるとともに冷媒液を貯留する。具体的に、凝縮器６４に貯留された冷媒液は、第２循環路８により放熱用熱交換器８１を経由して循環させられる。例えば、冷凍サイクル装置１０が室内の冷房を行う空気調和装置である場合、放熱用熱交換器８１は室外に設置され、送風機により供給される室外の空気を冷媒液との熱交換により加熱する。

ただし、冷凍サイクル装置１０は、必ずしも冷房専用の空気調和装置である必要はない。例えば、室内に設置された第１熱交換器および室外に設置された第２熱交換器のそれぞれを四方弁を介して蒸発器６６および凝縮器６４に接続すれば、冷房運転と暖房運転とを切り替え可能な空気調和装置を得ることができる。この場合、第１熱交換器および第２熱交換器の双方が吸熱用熱交換器７１および放熱用熱交換器８１として機能する。また、冷凍サイクル装置１０は、必ずしも空気調和装置である必要はなく、例えばチラーであってもよい。さらに、吸熱用熱交換器７１の冷却対象および放熱用熱交換器８１の加熱対象は、空気以外の気体または液体であってもよい。

膨張弁６５は、凝縮した冷媒液を減圧する減圧機構の一例である。ただし、減圧機構としては、例えば、主回路６に膨張弁６５が設けられておらず、蒸発器６６内の冷媒液の液面が凝縮器６４内の冷媒液の液面よりも高くなるような構成を採用することも可能である。

図６に示す構成では、遠心圧縮機１Ａまたは１Ｂの抽出室４（図１〜４参照）が還流路９により蒸発器６６の内部空間に接続されている。すなわち、蒸発器６６の内部空間は本発明の排出空間に相当する。このため、還流路９を通じて遠心圧縮機１Ａまたは１Ｂの抽出室４から蒸発器６６に冷媒蒸気が戻される。これにより、遠心圧縮機１Ａまたは１Ｂの性能を向上させることができ、ひいては冷凍サイクル装置１０の性能を向上させることができる。還流路９には、流量調整弁９１が設けられていることが望ましい。流量調整弁９１で冷媒蒸気の流量を調整することによって、遠心圧縮機１Ａまたは１Ｂの効率を最適化できる。

なお、蒸発器６６は、必ずしも直接接触式の熱交換器である必要はなく、間接式の熱交換器であってもよい。この場合、蒸発器６６内で冷却された熱媒体が第１循環路７を循環する。同様に、凝縮器６４は、必ずしも直接接触式の熱交換器である必要はなく、間接式の熱交換器であってもよい。この場合、凝縮器６４内で加熱された熱媒体が第２循環路８を循環する。

Claims

作動流体を圧縮する遠心圧縮機であって、
主翼と前記主翼よりも短い副翼とが交互に配置された羽根車と、
前記羽根車に沿う形状を有し、吸入口を形成するシュラウド壁と、
前記シュラウド壁の外側面に面する、前記吸入口での作動流体の圧力と等しいまたはそれよりも小さな圧力の排出空間に接続される抽出室と、を備え、
前記シュラウド壁には、前記副翼の加圧面と前記主翼との間に流入した作動流体の一部を前記抽出室に導く抽出通路が設けられており、
前記羽根車の回転軸を通る子午面に前記主翼、前記副翼および前記シュラウド壁を回転投影することによって得られる子午面投影図において、前記副翼の上流端と前記副翼の先端との交点が、前記抽出通路の入口の前記吸入口に近い側の開口縁よりも前記吸入口の近くに位置している、遠心圧縮機。
前記シュラウド壁には、隣り合う前記主翼の間に流入した作動流体の一部を前記抽出室に導く追加の抽出通路がさらに設けられており、
前記子午面投影図において、前記主翼の上流端と前記主翼の先端との交点は、前記追加の抽出通路の入口の前記吸入口に近い側の開口縁よりも前記吸入口の近くに位置している、請求項１に記載の遠心圧縮機。
前記シュラウド壁の周方向における前記追加の抽出通路の長さは、当該追加の抽出通路が前記羽根車に向かって開口する位置での隣り合う前記主翼の間の距離よりも短い、請求項２に記載の遠心圧縮機。
前記子午面投影図において、前記追加の抽出通路の前記入口は、前記主翼の前記先端の投影長をＬ１としたときに前記主翼の前記上流端から０．０２Ｌ１〜０．４Ｌ１の範囲にある、請求項２に記載の遠心圧縮機。
前記抽出通路および前記追加の抽出通路は共に複数あり、前記抽出通路と前記追加の抽出通路が前記シュラウド壁の周方向に交互に千鳥状に並んでいる、請求項２に記載の遠心圧縮機。
前記追加の抽出通路の数は前記主翼の数と等しく、前記追加の抽出通路は前記主翼と同一角度ピッチで配置されている、請求項２に記載の遠心圧縮機。
前記シュラウド壁の周方向における前記抽出通路の長さは、当該抽出通路が前記羽根車に向かって開口する位置での前記主翼と前記副翼との間の距離よりも短い、請求項１に記載の遠心圧縮機。
前記子午面投影図において、前記抽出通路の前記入口は、前記副翼の前記先端の投影長をＬ２としたときに前記副翼の前記上流端から０．０２Ｌ２〜０．４Ｌ２の範囲にある、請求項１に記載の遠心圧縮機。
冷媒液を貯留するとともに内部で冷媒液を蒸発させる蒸発器、冷媒蒸気を圧縮する第１圧縮機、および内部で冷媒蒸気を凝縮させるとともに冷媒液を貯留する凝縮器がこの順に接続された主回路と、
前記蒸発器に貯留された冷媒液または前記蒸発器内で冷却された熱媒体を吸熱用熱交換器を経由して循環させる第１循環路と、
前記凝縮器に貯留された冷媒液または前記凝縮器内で加熱された熱媒体を放熱用熱交換器を経由して循環させる第２循環路と、を備え、
前記第１圧縮機が請求項１に記載の遠心圧縮機であり、前記遠心圧縮機の前記抽出室から前記蒸発器に冷媒蒸気を戻す還流路をさらに備える、冷凍サイクル装置。
第２圧縮機をさらに備え、
前記第２圧縮機は遠心型であり、
前記第１圧縮機と前記第２圧縮機は、回転シャフトによって連結されている、請求項９に記載の冷凍サイクル装置。
前記還流路には流量調整弁が設けられている、請求項９に記載の冷凍サイクル装置。