JP7116340B2 - シールベアリングを備える遠心圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、概して、チラーシステムにおいて用いられる遠心圧縮機に関する。より詳細には、本発明は、シールベアリングを備える遠心圧縮機に関する。

チラーシステムは、媒体から熱を除去する冷凍機または冷凍装置である。一般に、水などの液体が媒体として用いられ、そしてチラーシステムは蒸気圧縮冷凍サイクルで動作する。この液体は、必要に応じて、空気または機器を冷やすための熱交換器を通るよう循環させることができる。冷凍では、不可避な副産物なとして廃熱が発生し、廃熱は周囲に吐出するか、または効率を上げるために加熱目的で回収する必要がある。従来のチラーシステムは、多くの場合、遠心圧縮機を用いる。遠心圧縮機は、ときにターボ圧縮機と呼ばれている。このため、このようなチラーシステムをターボチラーと呼ぶこともできる。あるいは、他のタイプの圧縮機（例えばスクリュー圧縮機）を用いることもできる。

従来の（ターボ）チラーにおいて、冷媒は遠心圧縮機において圧縮され、そして熱交換器に送られる。熱交換器において、冷媒と熱交換媒体（液体）との間で熱交換が行われる。この熱交換器は、この熱交換器において冷媒が凝縮するため、凝縮器と呼ばれる。その結果、熱が媒体（液体）に伝導し、したがって媒体が加熱される。凝縮器から出てくる冷媒は、膨張弁によって膨張し、そして他の熱交換器に送られ、この熱交換器において冷媒と熱交換媒体（液体）との間で熱交換が行われる。この熱交換器は、この熱交換器において冷媒が加熱される（蒸発する）ため、蒸発器と呼ばれる。その結果、熱が媒体（液体）から冷媒へと伝導し、したがって液体が冷却される。その後、蒸発器からの冷媒は、遠心圧縮機に戻され、このサイクルが繰り返される。利用される液体は、多くの場合、水である。

従来の遠心圧縮機は、基本的に、ケーシングと、インレットガイドベーンと、インペラと、ディフューザと、モータと、種々のセンサと、コントローラと、を有する。冷媒は、インレットガイドベーン、インペラ、およびディフューザを順に流れる。したがって、インレットガイドベーンが遠心圧縮機のガス吸気口に連結され、そしてディフューザがインペラのガス排気口に連結される。インレットガイドベーンは、インペラ内への冷媒気体の流量を制御する。インペラは、冷媒ガスを増速する。ディフューザは、インペラによって得られる冷媒気体（動圧）の速度を（静）圧へと変換するよう機能する。モータは、インペラを回転する。コントローラは、モータ、インレットガイドベーンおよび膨張弁を制御する。こうして、従来の遠心圧縮機において、冷媒は圧縮される。従来の遠心圧縮機は、一段または二段を有する場合がある。モータは、シャフトを介して一以上のインペラを回転させる。ベアリングシステムは、モータのシャフトを支持する。従来の遠心圧縮機のインペラは、クローズドインペラ、セミオープンインペラまたはオープンインペラを有する。クローズドインペラまたはセミオープンインペラは、インペラを閉鎖するインペラ・シュラウドを有する。

米国特許出願公開第２０１５／０１９２１４７号明細書には、クローズドインペラを用いる遠心圧縮機が開示されている。

クローズドインペラを用いる従来の遠心圧縮機においては、ベアリングとインペラ・シュラウドのためのシールとは、不可欠なコンポーネントである。しかしながら、従来の遠心圧縮機においては、ベアリングシステムとインペラ・シュラウドのためのシールとは別々に配置されていた。ベアリングを収容するためにかなり大きいサイズの圧縮機の入口部（インレット部）が必要であるために、圧縮機の入口部にベアリングを嵌め込むことが困難であると考えられていた。そのため、従来の遠心圧縮機においては、ベアリングシステムは、典型的にはモータのシャフトの周囲のみに配置されている。

したがって、本発明の一の目的は、圧縮機の効率およびロータ動性能（ロータ・ダイナミック・パフォーマンス）を向上させるために圧縮機にシールとベアリングとを配置した、一体的シールベアリングを備える遠心圧縮機を提供することにある。

本発明の他の目的は、比較的シンプルかつ低コストでシールとベアリングとを圧縮機に配置できる、一体的シールベアリングを備える遠心圧縮機を提供することにある。

上記目的の一つ以上は、基本的には、ケーシングと、インペラと、モータと、ディフューザと、シールベアリングと、を備える、チラーシステムにおいて用いられるよう構成される遠心圧縮機を提供することによって達成できる。ケーシングは、入口部と、出口部と、を有する。インペラは、シャフト回転軸の回りに回転可能なシャフトに取り付けられる。インペラは、インペラを囲むインペラ・シュラウドを有する。モータは、インペラを回転させるようシャフトを回転させるように構成・配置される。ディフューザは、出口部においてインペラの下流側に配置される。シールベアリングは、インペラ・シュラウドを封止するよう入口部に取り付けられるとともに、インペラとシャフトとを回転可能に支持する。

これらおよび他の目的、特徴、態様、および利点は、添付の図面と組み合わせて、本発明の好ましい態様を開示する以下の説明から当業者に明らかとなろう。

当開示の一部をなす添付の図面を参照しながら以下に説明を行う。

本発明の一実施形態に係るシールベアリングを有する遠心圧縮機を備えるチラーシステムを示す概略図である。

例示の目的で一部を切断して断面図で示した、図１に示すチラーシステムの遠心圧縮機の斜視図である。

図２に示す遠心圧縮機のインペラおよびモータの概略長手方向側面図である。

例示の目的で一部を切断して断面図で示した、図２に示すインペラのインペラ・シュラウドに装着されるシールベアリングの拡大斜視図である。

シールベアリングの一部の斜視図である。

遠心圧縮機の入口側から見た図２に示すインペラの一つの正面図である。 遠心圧縮機の入口側から見た図２に示すインペラの一つの斜視図である。

図２～図４、図６Ａおよび図６Ｂに示す、図６Ａの切断線７－７に沿って見た、シールベアリングおよびインペラのインペラ・シュラウドの簡略断面図である。

図７における円８の内側の、シールベアリングおよびインペラのインペラ・シュラウドの拡大概略断面図である。

背中合わせ配置のインペラ構成を例示する概略図である。 同一方向配置のインペラ構成を例示する概略図である。

オイルサンプと、給油ラインと、油戻りラインと、冷媒ラインと、分離ラインと、を有する油冷媒分離システムを示す。

図１のチラーシステムのチラーコントローラの概略図である。

選択的な実施形態を、図面を参照して説明する。以下の本発明に係る実施形態の説明は単なる例示であって、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定義される本発明を限定するものではないことは、本開示から、当業者には明らかであろう。

まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係るシールベアリング６０（６０ａ，６０ｂ）を備えるチラーシステム１０を説明する。チラーシステム１０は、好ましくは、従来と同様に冷却水（クーリング・ウォータ）および冷水（チラー・ウォータ）を利用する水チラーである。ここでは、チラーシステム１０として、二段（ツー・ステージ）チラーシステムを例示する。なお、チラーシステム１０を、単段（シングル・ステージ）チラーシステムまたは三段以上の多段チラーシステムとできることは本開示から当業者には明らかであろう。

チラーシステム１０は、基本的に、コントローラ２０と、ループ冷凍サイクルを形成するために互いに直列に接続される、圧縮機２２、凝縮機２４、膨張弁２６および蒸発機２８を有する。さらに、種々のセンサ（図示せず）が、チラーシステム１０の回路の全体に配置される。チラーシステムが本発明に係るシールベアリング６０（６０ａ，６０ｂ）を備えるという点を除いて、チラーシステム１０は従来のものである。

図１～図３を参照して、例示の実施形態においては、圧縮機２２は二段遠心圧縮機である。ここで例示する圧縮機２２は、二つのインペラを有する二段遠心圧縮機である。なお、圧縮機２２を、三つ以上のインペラを有する多段遠心圧縮機とすることもできる。例示の実施形態の二段遠心圧縮機２２は、第一段インペラ３４ａと第二段インペラ３４ｂとを有する。インペラ３４ａは、インペラ３４ａを囲うインペラ・シュラウド３５ａを有する。また、インペラ３４ｂは、インペラ３４ｂを囲うインペラ・シュラウド３５ｂを有する。遠心圧縮機２２は、さらに、第一段インレットガイドベーン３２ａと、第一ディフューザ／渦形室３６ａと、第二段インレットガイドベーン３２ｂと、第二ディフューザ／渦形室３６ｂと、圧縮機モータ３８と、さらに種々の従来のセンサ（図示せず）と、を有する。ケーシング３０は、遠心圧縮機２２を覆う。ケーシング３０は、圧縮機２２の第一段（第一ステージ）に関する入口部３１ａおよび出口部３３ａを有する。ケーシング３０は、また、圧縮機２２の第二段（第二ステージ）に関する入口部３１ｂおよび出口部３３ｂを有する。

以下により詳細に説明する通り、チラーコントローラ２０は、種々のセンサから信号を受信し、インレットガイドベーン３２ａ，３２ｂおよび圧縮機モータ３８を従来のように制御する。冷媒は、第一段インレットガイドベーン３２ａ、第一段インペラ３４ａ、第二段インレットガイドベーン３２ｂおよび第二段インペラ３４ｂの順に流れる。インレットガイドベーン３２ａ，３２ｂは、それぞれ、インペラ３４ａ，３４ｂ内への冷媒ガスの流量を従来と同様に制御する。インペラ３４ａ，３４ｂは、一般的に圧力を変えることなく、冷媒気体の速度を増加させる。モータ速度によって、冷媒ガスの速度の増加量が決まる。ディフューザ／渦形室３６ａ，３６ｂは冷媒圧力を高める。ディフューザ／渦形室３６ａ，３６ｂは、ケーシング３０に対して移動不能に固定される。圧縮機モータ３８は、シャフト４２を介してインペラ３４ａ，３４ｂを回転させる。こうして、遠心圧縮機２２において冷媒は圧縮される。例示の実施形態の遠心圧縮機２２は、インレットガイドベーン３２ａ，３２ｂを有する。なお、インレットガイドベーン３２ａ，３２ｂは、任意選択的なものであり、本発明に係るシールベアリング６０（６０ａ，６０ｂ）を、インレットガイドベーンを有しない遠心圧縮機にも適用できる。

チラーシステム１０の動作において、圧縮機２２の第一段インペラ３４ａと第二段インペラ３４ｂとが回転し、チラーシステム１０における低圧の冷媒は第一段インペラ３４ａによって吸入される。冷媒の流量は、インレットガイドベーン３２ａによって調整される。第一段インペラ３４ａによって吸入された冷媒は中間圧に圧縮され、冷媒圧力は第一ディフューザ／渦形室３６ａによって高められ、その後、冷媒は第二段インペラ３４ｂへと導入される。冷媒の流量は、インレットガイドベーン３２ｂによって調整される。第二段インペラ３４ｂは、中間圧の冷媒を高圧へと圧縮し、そして、冷媒圧力は第二ディフューザ／渦形室３６ｂによって高められる。その後、高圧のガス冷媒は、チラーシステム１０に吐出される。

図１および図１１を参照して、チラーコントローラ２０は、圧縮機可変周波数ドライブ９２と、圧縮機モータ制御部分９３と、インレットガイドベーン制御部分９４と、膨張弁制御部分９５と、油冷媒分離システム制御部分９６と、を有する電子制御器である。

例示の実施形態において、各制御部分（コントロール・セクション）は、ここで説明する部品の制御を実行するようにプログラムされるチラーコントローラ２０の各部分である。圧縮機可変周波数ドライブ９２、圧縮機モータ制御部分９３、インレットガイドベーン制御部分９４、膨張弁制御部分９５、および油冷媒分離システム制御部分９６は、互いに接続されており、圧縮機２２のＩ／Ｏインタフェースに電気的に接続される遠心圧縮機制御部（ポーション）の各部分を形成している。なお、一以上のコントローラがここで説明するチラーシステム１０の各部品の制御を実行するようにプログラムされている限り、制御部分、制御部および／またはチラーコントローラ２０の具体的な数、位置ならびに／もしくは構造を本発明から逸脱することなく変更できることは、本開示から当業者には明らかであろう。

チラーコントローラ２０は従来のものであり、したがって、少なくとも一のマイクロプロセッサーすなわちＣＰＵと、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インタフェースと、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）と、チラーシステム１０を制御する一以上の制御プログラムを実行するようにプログラムされるコンピュータ可読媒体を形成する記憶装置（揮発性または不揮発性）と、を有する。チラーコントローラ２０は、ユーザから入力を受けるためのキーパッドなど入力インタフェースと、各種パラメータをユーザに対して表示するために用いられる表示装置と、を任意選択的に有することができる。各部分およびプログラミングは従来のものであり、したがって、実施形態を理解するために必要なものを除いてここでは詳細には説明しない。

上述の通り、チラーシステム１０は、本発明に係るシールベアリング６０（６０ａ，６０ｂ）を有する。例示の実施形態においては、圧縮機２２は二段遠心圧縮機である。図１に示す通り、第一段シールベアリング６０ａおよび第二段シールベアリング６０ｂは、圧縮機２２の第一段および第二段にそれぞれ配置される。第一段シールベアリング６０ａおよび第二段シールベアリング６０ｂの構造は、それらが互いの鏡像であることを除いて同一であることは、本開示から当業者には明らかであろう。したがって、以下では、第一段シールベアリング６０ａおよび第二段シールベアリング６０ｂを一括してシールベアリング６０という。

同様に、圧縮機２２の第一段および第二段の要素を、区別することなく、一括して記載する。例えば、第一段のケーシング３０の入口部３１ａおよび第二段のケーシング３０の入口部３１ｂを一括して、ケーシング３０の入口部３１という。第一段インレットガイドベーン３２ａおよび第二段インレットガイドベーン３２ｂを一括して、インレットガイドベーン３２という。第一段インペラ３４ａおよび第二段インペラ３４ｂを一括して、インペラ３４という。

図４～図７を参照して、本発明に係るシールベアリング６０の詳細な構造を説明する。以下により詳細に説明する通り、シールベアリング６０は、インペラ３４のインペラ・シュラウド３５を封止するために入口部３１に取り付けられるとともに、インペラ３４とシャフト４２とを回転可能に支持する。インペラ・シュラウド３５は典型的には、鋼またはアルミニウムで形成される。シールベアリング６０を鋼で形成／裏打ち(lined)することができる。なお、本発明から逸脱することなく他の材料を用いることができることは、本開示から当業者には明らかであろう。図６Ａおよび図６Ｂからよく分かる通り、例示の実施形態においては、クローズドインペラが圧縮機２２のインペラ３４として用いられる。なお、本発明は、この型のインペラ３４に限定されない。また、本発明に係るシールベアリング６０を、シュラウドを有する限り、他の型のインペラに適用することができる。シールベアリング６０を、ラジアルベアリングまたはスラストベアリングとすることができる。

図８からよく分かる通り、例示の実施形態において、シールベアリング６０は、給油溝６２と、上流側油戻り溝６４と、下流側油戻り溝６６と、上流側分離溝６８と、下流側分離溝７０と、を有する。給油溝６２は、シールベアリング６０の上流側中央凸部６３と下流側中央凸部６５との間に配置される。上流側分離溝６８は、シールベアリング６０の上流側端部凸部６７と上流側中間凸部６９との間に配置される。上流側油戻り溝６４は、シールベアリング６０の上流側中央凸部６３と上流側中間凸部６９との間に配置される。下流側分離溝７０は、シールベアリング６０の下流側中間凸部７１と下流側端凸部７３との間に配置される。下流側油戻り溝６６は、シールベアリング６０の下流側中央凸部６５と下流側中間凸部７１との間に配置される。給油溝６２、上流側油戻り溝６４、下流側油戻り溝６６、上流側分離溝６８および下流側分離溝７０は、インペラ・シュラウド３５に面する、シールベアリング６０のシュラウド対向面６１に形成される。

例示の実施形態において、回転軸Ｘと平行な軸方向に沿った給油溝６２の幅は、上流側油戻り溝６４、下流側油戻り溝６６、上流側分離溝６８および下流側分離溝７０の幅より大きい。なお、本発明から逸脱することなく、給油溝６２の幅を、上流側油戻り溝６４、下流側油戻り溝６６、上流側分離溝６８および下流側分離溝７０の幅と略同じとすることができることは、本開示から当業者には明らかであろう。

図４および図８に示す通り、インペラ・シュラウド３５は段差状部分３５Ｓを有する。段差状部分３５Ｓは、回転軸Ｘに対して垂直な方向Ｙに外側に突出する。シールベアリング６０は、凹部分（レセスド・パート）６０Ｒを有する。凹部分６０Ｒは、段差状部分３５Ｓを収容する。ギャップ７２が、インペラ・シュラウド３５の段差状部分３５Ｓとシールベアリング６０の凹部分６０Ｒとの間に形成される。給油溝６２は、凹部分６０Ｒに形成される。したがって、軸方向に対して垂直な方向Ｙに沿った給油溝６２の高さは、上流側油戻り溝６４、下流側油戻り溝６６、上流側分離溝６８および下流側分離溝７０の高さより小さい。遠心作用による戻り溝から分離溝への油の漏れを最小限にするために、凹部／段差組み合わせを用いる。なお、凹部／段差組み合わせは任意選択的に用いられる。本発明から逸脱することなく、凹部／段差組み合わせを省略できることは、本開示から当業者には明らかであろう。

上流側油戻り溝６４は、給油溝６２に対して冷媒フローＦの上流側に配置される。下流側油戻り溝６６は、給油溝６２に対して冷媒フローＦの下流側に配置される。圧縮機２２の吸入側から圧縮機２２の吐出側に流れる冷媒フローＦを、図８に矢印Ｆで示す。この構成により、給油溝６２は、上流側油戻り溝６４と下流側油戻り溝６６との間に配置される。以下により詳細に説明する通り、給油溝６２に供給される油は、ギャップ７２を通じて上流側油戻り溝６４と下流側油戻り溝６６とに流れる。

上流側分離溝６８は、上流側油戻り溝６４と給油溝６２とに対して冷媒フローＦの上流側に配置されており、上流側油戻り溝６４は、給油溝６２と上流側分離溝６８との間に配置される。下流側分離溝７０は、下流側油戻り溝６６と給油溝６２とに対して冷媒フローＦの下流側に配置されており、下流側油戻り溝６６は、給油溝６２と下流側分離溝７０との間に配置される。上流側油戻り溝６４および下流側油戻り溝６６から漏れる油は、上流側分離溝６８および下流側分離溝７０にそれぞれ流れ込む。以下により詳細に説明する通り、少量の冷媒もまた、上流側分離溝６８および下流側分離溝７０に流れ込む、

例示の実施形態において、上流側油戻り溝６４、下流側油戻り溝６６、上流側分離溝６８および下流側分離溝７０の幅は、略同じである。なお、本発明から逸脱することなく、上流側油戻り溝６４、下流側油戻り溝６６、上流側分離溝６８および下流側分離溝７０の幅を異なる幅とできることは、本開示から当業者には明らかであろう。

また、例示の実施形態において、シールベアリング６０は、給油溝６２と、上流側油戻り溝６４と、下流側油戻り溝６６と、上流側分離溝６８と、下流側分離溝７０とを有する。なお、シールベアリング６０は、給油溝６２と、上流側油戻り溝６４と、上流側分離溝６８とだけを有することもできる。同様に、シールベアリング６０は、給油溝６２と、下流側油戻り溝６６と、下流側分離溝７０とだけを有することもできる。

図８からよく分かる通り、歯７４～８０が、シールベアリング６０のシュラウド対向面６１に形成される。より具体的には、歯７４は、上流側端部凸部６７のシュラウド対向面６１に形成され、歯７６は、上流側中間凸部６９のシュラウド対向面６１に形成され、歯７８は、下流側端凸部７３のシュラウド対向面６１上に形成され、そして、歯８０は、下流側中間凸部７１のシュラウド対向面６１上に形成される。

歯７４は、圧縮機２２の吸入側のシールベアリング６０の端部と上流側分離溝６８との間に配置される。歯７６は、上流側分離溝６８と上流側油戻り溝６４との間に配置される。歯７８は、圧縮機２２の吐出側のシールベアリング６０の端部と下流側分離溝７０との間に配置される。歯８０は、下流側分離溝７０と下流側油戻り溝６６との間に配置される。上流側分離溝６８は、歯７４および歯７６を通過する油および冷媒を受ける。同様に、下流側分離溝７０は、歯７８および歯８０を通過する油および冷媒を受ける。

小さい隙間が歯７４～７８の先端とインペラ・シュラウド３５との間に形成されるが、給油溝６２に供給された油は、歯７４～７８によって形成される長くて抜け出し難い経路を通過しなければならず、したがって、歯７４～７８は、油がシールベアリング６０の外部漏れるのを防止するよう機能する。さらに、上流側分離溝６８および下流側分離溝７０に流れ込む油は、以下に説明する油受部（オイルサンプ）内へと吸入される。こうして、シールベアリング６０を潤滑する油の漏れは、略ゼロに低減される。シールベアリング６０は、シール（封止器）としてもさらにはベアリング（軸受）としても機能する。

上流側分離溝６８および下流側分離溝７０は、インペラ・シュラウド３５の周囲の全周に延びる環状形状を有する。上流側油戻り溝６４および下流側油戻り溝６６は好ましくは、上流側分離溝６８および下流側分離溝７０と同じように、インペラ・シュラウド３５の周囲の全周に延びる環状形状を有する。あるいは、上流側油戻り溝６４および下流側油戻り溝６６は、インペラ・シュラウド３５の周囲に周方向に部分的に延びる形状を有することもできる。給油溝６２は、円弧形状を有するが、インペラ・シュラウド３５の周囲の全周に延びる必要はない。

図９Ａは、背中合わせ配置のインペラ構成を例示する概略図であり、図９Ｂは、同一方向配置（インライン）のインペラ構成を例示する概略図である。背中合わせ配置のインペラ構成においては、図９Ａに示す通り、シールベアリング６０は、両インペラ・シュラウドにおいて単純支持ベアリング構成で用いられる。なお、本発明は、背中合わせ配置のインペラ構成に限定されない。また、本発明に係るシールベアリング６０を、図９Ｂに示す同一方向配置のインペラ構成に適用することもできる。インラインのインペラ構成においては、図９Ｂに示す通り、従来のベアリング（好ましくは油潤滑される）が、インペラのうちの一方にあるシールベアリング６０と共に用いられる。図１０に示す油冷媒分離システム１００は、一例としてインラインのインペラ構成を用いる。

図１を参照して、チラーシステム１０は、油冷媒分離システム１００ａと油冷媒分離システム１００ｂとを有する。油冷媒分離システム１００ａおよび油冷媒分離システム１００ｂの構造が同一であることは、本開示から当業者には明らかであろう。したがって、油冷媒分離システム１００ａおよび油冷媒分離システム１００ｂを、以下では一括して、油冷媒分離システム１００という。あるいは、チラーシステム１０は、シールベアリング６０ａおよびシールベアリング６０ｂの両方に用いられる単一の油冷媒分離システム１００を有することもできる。また、以下により詳細に説明する通り、単一の油冷媒分離システム１００をインラインのインペラ構成に適用することもできる。

図１０を参照して、油冷媒分離システム１００は、オイルサンプ１０１と、給油ラインＯＳＬと、油戻りラインＯＲＬと、冷媒ラインＲＬと、分離ラインＳＬとを有する。オイルサンプ１０１は、油と冷媒とを受けるよう構成・配置される。給油ラインＯＳＬは、オイルサンプ１０１から給油溝６２に延びる。オイルポンプＯＰおよびオイルフィルタが給油ラインＯＳＬに配置される。油戻りラインＯＲＬは、上流側油戻り溝６４および下流側油戻り溝６６からオイルサンプ１０１へと延びる。ストレーナおよびオイルクーラが、油戻りラインＯＲＬに配置される。冷媒ラインＲＬは、オイルサンプ１０１から圧縮機２２の吸入側へと延びる。真空ポンプＶＰが、冷媒ラインＲＬに配置される。分離ラインＳＬは、上流側分離溝６８および下流側分離溝７０からオイルサンプ１０１へと延びる。

油冷媒分離システム１００において、シールベアリング６０を潤滑する油は、オイルサンプ１０１から給油溝６２に給油ラインＯＳＬを介して供給される。給油溝６２に供給される油は、ギャップ７２を通過し、その後、上流側油戻り溝６４と下流側油戻り溝６６へと流れる。上流側油戻り溝６４および下流側油戻り溝６６に流れる油は、オイルサンプ１０１へと油戻りラインＯＲＬを介して戻される。こうして、オイルサンプ１０１から給油溝６２に供給される油は、上流側油戻り溝６４および下流側油戻り溝６６を介してオイルサンプ１０１に主に戻される。

なお、油の一部が上流側油戻り溝６４と下流側油戻り溝６６から歯７６および歯８０をそれぞれ通って漏れ、上流側分離溝６８および下流側分離溝７０にそれぞれ流れ込む。少量の冷媒もまた、圧縮機２２の吸入側および圧縮機２２の吐出側から上流側分離溝６８および下流側分離溝７０にそれぞれ流れ込む。上流側分離溝６８および下流側分離溝７０内における冷媒を含む油は、真空ポンプＶＰによって生成される真空によって吸入され、そして分離ラインＳＬを介してオイルサンプ１０１へと導入される。オイルサンプ１０１において、冷媒を含んでいる油は、油部分と冷媒部分とに分離される。冷媒部分は、冷媒ラインＲＬにおいて真空ポンプＶＰを用いることにより、圧縮機２２の吸入側に戻される。油部分は、給油ラインＯＳＬにおいてオイルポンプＯＰを用いることにより、給油溝６２に供給される。図１０に示すインラインのインペラ構成は、オイルベアリング４０を有する。オイルサンプ１０１における油のうちの一部は、給油ラインＯＳＬを介してオイルベアリング４０に供給され、油戻りラインＯＲＬを介してオイルサンプ１０１に戻される。

油と冷媒との上記分離／循環を達成するために、以下の条件を満たすよう制御が行われる。この制御は、油冷媒分離システム制御部分９６による能動的制御（アクティブコントロール）とすることができる。あるいは、この制御を受動的制御（パッシブコントロール）とすることもできる。
１．上流側分離溝６８および下流側分離溝７０における圧力（Ｐ_５）は、圧縮機吸入圧力（Ｐ_７）未満でなければならない。
２．上流側油戻り溝６４および下流側油戻り溝６６における圧力（Ｐ_４）は、上流側分離溝６８および下流側分離溝７０における圧力（Ｐ_５）より大きくなければならない。
３．給油溝６２における圧力（Ｐ_３）は、上流側油戻り溝６４および下流側油戻り溝６６における圧力（Ｐ_４）よりも大きくなければならない。
条件１：Ｐ_５＜Ｐ_７
条件２，３：Ｐ_５＜Ｐ_４＜Ｐ_３
条件１は、オイルサンプ１０１から圧縮機２２の吸入側への冷媒のフローを生成することによって圧縮機２２の吸入側よりオイルサンプ１０１における圧力を低くする真空ポンプＶＰによって、達成される。条件２は、分離ラインＳＬと比較して油戻りラインＯＲＬにおける圧力低下を大きくすることにより達成される。この大きな圧力低下は、ストレーナ、オイルクーラ、任意選択的なフィルタ（図示せず）および任意選択的な弁（図示せず）を含む、油戻りラインＯＲＬにおけるコンポーネントによって生じる。条件３は、オイルポンプＯＰによって達成される。フロー発生コンポーネントおよび配管の詳細な大きさは標準的な工学手法に基づいて決定できることは、本開示から当業者には明らかであろう。
システムの起動（スタートアップ）／停止（シャットダウン）工程の一例を以下の表１に示す。

地球環境保護の観点から、Ｒ１２３３ｚｄやＲ１２３４ｚｅのような新しい低ＧＷＰ（地球温暖化係数）冷媒をチラーシステムに使用することが考えられる。低地球温暖化係数冷媒の一例は、蒸発圧力が大気圧以下である低圧冷媒である。例えば、低圧冷媒Ｒ１２３３ｚｄは、不燃性で、無毒で、低価格であり、現在の主な冷媒Ｒ１３４ａの代替品であるＲ１２３４ｚｅなどの他の候補と比較して高いＣＯＰを有するので、遠心冷却機用途に対する候補となる。本発明に係るシールベアリング６０を有する圧縮機２２は、Ｒ１２３３ｚｄなど低圧冷媒を含む任意のタイプの冷媒を用いるのに有用である。
＜用語の概括的な説明＞

本発明の範囲の理解において、ここで用いられる用語「備える」およびその派生語は、記載された特徴、要素、コンポーネント、群、構成要素、および／またはステップが有ることを明記しているオープンエンドの用語を意味するのであって、記載されていない特徴、要素、コンポーネント、群、構成要素、および／またはステップが有ることを排除するものではない。上記は、用語「有する」、「含む」およびそれらの派生語など同様の意味を持つ語にも当てはまる。また、単数形的に用いられる用語「部分（パート）」、「部分（セクション）」、「部（ポーション）」、「部材」あるいは「要素」は、単一のパートあるいは複数のパーツの２つの意味を持ちうる。

コンポーネント、部分（セクション）、装置等によって実行される動作または機能を説明するためにここで用いる語「検出する」は、物理的な検出を必要としないコンポーネント、部分（セクション）、装置等を含むだけでなく、そのような動作または機能を実行するための決定、測定、モデル化、予測または演算等も含む。

コンポーネント、装置の部分（セクション）あるいは部品／部分（パート）を説明するためにここで用いられる語「構成される」は、所望の機能を実現するよう構築される（コンストラクトされる）かつ／またはプログラムされるハードウェアおよび／またはソフトウェアを含む。

ここでは、「略」、「およそ」、「約」といった程度を示す用語は、最終結果が大きく変わらないような、妥当な変形の条件の変更量を意味するものとして用いる。

本発明の説明のためにいくつかの実施例が選択されたに過ぎず、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の変更、変形ができることは、本開示から当業者には明らかであろう。例えば、必要に応じておよび／または所望により、種々のコンポーネントの大きさ、形状、配置、向きを変更できる。互いと直接的に連結あるいは接触するよう示したコンポーネントは、それらの間に中間構造体を有することができる。一つの要素の機能は二つによって達成することができ、またその逆の場合も同様である。一の態様の構造および機能を他の態様に適用することもできる。すべての利点が必ずしも同時に特定の態様にもたらされる必要はない。先行技術から区別されるそれぞれの特徴は、それ単独として、あるいは他の特徴と組み合わせとして、そのような特徴により実現される構造的あるいは機能的思想を含む出願人によるさらなる発明の内容として付帯的に考慮されるものとする。このように、前述の本発明に係る実施例の説明は単なる例示であって、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって決められる本発明を限定するものではないことは、本開示から当業者には明らかであろう。

Claims (10)

1. チラーシステムにおいて用いられるよう構成される遠心圧縮機であって、
   入口部と出口部とを有するケーシングと、
   シャフト回転軸の回りに回転可能なシャフトに取り付けられるインペラであって、インペラ・シュラウドを有するインペラと、
   前記インペラを回転させるため前記シャフトを回転させるように構成及び配置されるモータと、
   前記出口部において前記インペラの下流側に配置されるディフューザと、
   前記インペラ・シュラウドを封止するよう前記入口部に取り付けられるとともに、前記インペラと前記シャフトとを回転可能に支持するシールベアリングと、
   を備 え、
   前記シールベアリングは、前記インペラ・シュラウドに面する、前記シールベアリングのシュラウド対向面に形成される給油溝を有し、
   前記インペラ・シュラウドは、前記シャフトの回転軸に対して垂直方向に外側に突出する段差状部分を有し、
   前記シールベアリングは、前記段差状部分を収容する凹部分を有し、
   前記給油溝は前記凹部分に形成され、
   前記シールベアリングは、さらに、前記シールベアリングの前記シュラウド対向面に形成される少なくとも１つの油戻り溝を有し、
   前記少なくとも１つの油戻り溝は、第一油戻り溝および第二油戻り溝を有し、
   前記給油溝は、前記第一油戻り溝と前記第二油戻り溝との間に配置される、
   遠心圧縮機。
2. 前記シールベアリングは、前記シールベアリングの前記シュラウド対向面に形成される第一分離溝および第二分離溝をさらに有し、
   前記第一油戻り溝は、前記給油溝と前記第一分離溝との間に配置され、
   前記第二油戻り溝は、前記給油溝と前記第二分離溝との間に配置される、
   請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 前記第一油戻り溝および前記第一分離溝は、前記給油溝に対して冷媒フローの上流側に配置され、
   前記第二油戻り溝および前記第二分離溝は、前記給油溝に対して前記冷媒フローの下流側に配置される、
   請求項２に記載の遠心圧縮機。
4. 前記シールベアリングは、前記シールベアリングの前記シュラウド対向面に形成される少なくとも１つの分離溝をさらに有する、
   請求項１から３のいずれか1項に記載の遠心圧縮機。
5. 第一セットの歯および第二セットの歯が、前記シールベアリングの前記シュラウド対向面に形成され、
   前記第一セットの歯は、前記シールベアリングの端部と前記分離溝と間に配置され、
   前記第二セットの歯は、前記分離溝と前記油戻り溝との間に配置される、
   請求項４に記載の遠心圧縮機。
6. 前記少なくとも１つの分離溝は、前記第一セットの歯と前記第二セットの歯とをそれぞれ通過する油と冷媒とを受ける、
   請求項５に記載の遠心圧縮機。
7. 前記分離溝は、前記インペラ・シュラウドの周囲に周方向に延設される環状形状を有する、
   請求項４から６のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。
8. 油を受けるよう構成および配置されるオイルサンプをさらに備え、
   油は前記オイルサンプから前記給油溝に供給され、油は前記油戻り溝を介して前記オイルサンプに戻される、
   請求項４から７のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。
9. 前記分離溝における油を含む冷媒は、前記オイルサンプへ導入され、前記オイルサンプにおいて、油部分と冷媒部分とに分離され、
   前記冷媒部分は前記遠心圧縮機の吸入側に戻される、
   請求項８に記載の遠心圧縮機。
10. 前記シールベアリングはラジアルベアリングである、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。

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