JP2000240596A - ターボ圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気体軸受を用いた多段式のターボ圧縮機にお
いて、回転軸(13)の熱膨張に起因する焼付きを防止し、
性能及び信頼性を向上させる。 【解決手段】 回転軸(13)の両端に、低段側及び高段側
の羽根車(15),(75)が取り付けられている。吸入配管(13
0)からの吸入冷媒を分配する第１及び第２吸入通路(14
1),(142)を設ける。各吸入通路(141),(142)に、静止側
ジャーナル軸受(31),(33)との間で気体軸受を形成する
回転軸(13)のヘリンボーン溝(35),(95)の近傍に低温の
吸入冷媒を吹き付ける吹付通路(50a),(50a)を接続す
る。回転軸(13)の外周面に、放熱用の溝(53)を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ターボ圧縮機に係
り、特に、回転軸の両側に羽根車を備えて気体を多段に
圧縮するターボ圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特開平５−２２３０９０号公報
に開示されているように、回転軸の両側に取り付けられ
た複数の羽根車によって冷媒を多段に圧縮するターボ圧
縮機が知られている。ここで、回転軸を回転可能に支持
する軸受として、種々の形式の軸受が提案されている
が、潤滑油を必要とする軸受を採用する場合には、種々
の問題がある。すなわち、まず、冷媒中に潤滑油が混入
するため、油分離器が別個必要となり、構成が複雑にな
り、コストが上昇する。また、冷媒中に潤滑油が混入す
るため、熱交換器の性能低下を招く等、冷凍装置に搭載
した際に冷凍装置の効率を低下させるといった問題があ
る。

【０００３】そこで、ターボ圧縮機の軸受として、いわ
ゆる非接触型の気体軸受を用いることにより、潤滑油を
不要とし、油に起因する諸問題を解決するようにしたも
のがある。

【０００４】気体軸受は、回転軸の回転に伴って回転軸
と軸受部との間のクリアランスに発生する気体膜により
潤滑を行うものであるが、軸受性能を良好に維持するた
めには、クリアランスを適正な値に保つことが重要にな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のターボ
圧縮機では、軸受摩擦や圧縮後の高温高圧冷媒の漏れに
より回転軸が過熱され、その温度が上昇して熱膨張を生
じることが多かった。ところが、回転軸が熱膨張を起こ
すと、回転軸と軸受部との間のクリアランスが減少し、
焼付きが生じるおそれがある。一方、このような焼付き
を未然に防止するため、予め回転軸の熱膨張を見込んで
クリアランスを大きめに設定することも考えられるが、
この場合、運転開始時等の回転軸の温度上昇が小さいと
きには、クリアランスが大きすぎて軸受性能を十分に発
揮することが困難となる。従って、従来のターボ圧縮機
は、性能及び信頼性の双方を十分に満たすものとは言い
難かった。

【０００６】特に、多段式のターボ圧縮機では、圧縮機
内の冷媒の圧力差が単段式に比べて大きくなる傾向があ
り、また、軸受摩擦による発熱やインペラ室内の冷媒の
漏洩が発生するおそれのある箇所が複数箇所にわたる。
そのため、このような多段式のターボ圧縮機に特有の性
質から、軸受性能を維持したまま焼付きを防止すること
は、単段式の圧縮機以上に困難であると考えられてい
た。

【０００７】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、多段式のターボ圧縮
機において、回転軸の熱膨張を抑制して気体軸受のクリ
アランスを適正に維持し、性能及び信頼性の双方を向上
させることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、低温の吸入気体で回転軸の複数箇所をを
同時に冷却することとした。

【０００９】具体的には、本発明に係るターボ圧縮機
は、吸入気体を多段に圧縮して吐出するターボ圧縮機で
あって、少なくともモータ室(11)及び該モータ室(11)の
両側に第１及び第２のインペラ室(111,112)を区画形成
するケーシング(1)と、上記モータ室(11)に収納された
モータ(27)と、上記モータ(27)に連結された回転軸(13)
と、上記回転軸(13)の両側に設けられ且つ上記第１及び
第２インペラ室(111,112)にそれぞれ収容された第１及
び第２羽根車(15,75)と、上記第１及び第２羽根車(15,7
5)に対応して上記回転軸(13)の両側に形成された第１及
び第２気体軸受形成部(35,95)と、上記回転軸(13)の上
記第１及び第２気体軸受形成部(35,95)との間で気体軸
受(37,97)を形成するように該各気体軸受形成部(35,95)
と所定のクリアランス(C1,C2)を存して設けられ、該回
転軸(13)を非接触状態で支持する軸受部(31,33)と、昇
圧前の吸入気体で上記モータ室(11)を冷却するように、
吸入気体を該モータ室(11)に導く吸入通路(141,142)と
を備えていることとしたものである。

【００１０】上記事項により、吸入通路(141,142)を通
じて昇圧前の低温の吸入気体がモータ室(11)に導入さ
れ、この吸入気体によって回転軸(13)が冷却される。そ
のため、回転軸(13)の熱膨張が抑制され、回転軸(13)と
軸受部(31,33)との間の各クリアランス(C1,C2)がそれぞ
れ適正な値に維持される。従って、軸受性能が維持され
且つ焼付きが防止され、性能及び信頼性が向上する。

【００１１】上記吸入通路は、回転軸(13)の第１及び第
２気体軸受形成部(35,95)を冷却するように、吸入気体
を該回転軸(13)の該各気体軸受形成部(35,95)の近傍に
吹き付ける複数の吹付通路(50a)を備えていてもよい。

【００１２】上記事項により、低温の吸入気体が回転軸
(13)の各気体軸受形成部(35,95)の近傍に直接吹き付け
られるので、各気体軸受形成部(35,95)は効率よく冷却
され、熱膨張が効果的に抑制される。

【００１３】また、本発明に係る他のターボ圧縮機は、
吸入気体を多段に圧縮して吐出するターボ圧縮機であっ
て、少なくともモータ室(11)及び該モータ室(11)の両側
に第１及び第２のインペラ室(111,112)を区画形成する
ケーシング(1)と、上記モータ室(11)に収納されたモー
タ(27)と、上記モータ(27)に連結された回転軸(13)と、
上記回転軸(13)の両側に設けられ且つ上記第１及び第２
インペラ室(111,112)にそれぞれ収容された第１及び第
２羽根車(15,75)と、上記第１及び第２羽根車(15,75)に
対応して上記回転軸(13)の両側に形成された第１及び第
２気体軸受形成部(35,95)と、上記回転軸(13)の上記第
１及び第２気体軸受形成部(35,95)との間で気体軸受(3
7,97)を形成するように該各気体軸受形成部(35,95)と所
定のクリアランス(C1,C2)を存して設けられ、該回転軸
(13)を非接触状態で支持する軸受部(31,33)と、昇圧前
の吸入気体で上記回転軸(13)の上記第１及び第２気体軸
受形成部(35,95)を冷却するように、該吸入気体を該回
転軸(13)の該各気体軸受形成部(35,95)の近傍に吹き付
ける複数の吹付通路(50a)とを備えていることとしたも
のである。

【００１４】上記事項により、昇圧前の低温の吸入気体
が吹付通路(50a)を通じて回転軸(13)の各気体軸受形成
部(35,95)の近傍に吹き付けられるので、各気体軸受形
成部(35,95)は効率よく冷却され、熱膨張が効果的に抑
制される。そのため、回転軸(13)と軸受部(31,33)との
間の各クリアランス(C1,C2)がそれぞれ適正な値に維持
される。従って、軸受性能が維持され且つ焼付きが防止
され、性能及び信頼性が向上する。

【００１５】上記吹付通路(50a)は、吸入気体を回転軸
(13)の軸方向に対して斜め方向に吹き付けるように形成
されていてもよい。

【００１６】上記事項により、吸入気体は回転軸(13)の
軸方向に対し傾斜した向きに吹き付けられるので、軸方
向に沿って流れやすくなる。そのため、回転軸(13)の表
面にに対する吸入気体の相対速度が上昇し、また、吸入
気体が回転軸(13)に接触している時間が長くなることか
ら、吸入気体と回転軸(13)との間の熱伝達が促進され、
回転軸(13)の冷却を促進することができる。

【００１７】上記吹付通路(50a)は、吸入気体を回転軸
(13)の接線方向に吹き付けるように形成されていてもよ
い。

【００１８】上記事項により、吸入冷媒は回転軸(13)の
周方向に沿って流れやすくなるため、その流れがスムー
ズになり、熱伝達が促進される。

【００１９】上記回転軸(13)には、放熱用の溝(53)が形
成されていてもよい。

【００２０】上記事項により、回転軸(13)の伝熱面が拡
大し、回転軸(13)の冷却が促進される。

【００２１】また、本発明に係る他のターボ圧縮機は、
吸入気体を多段に圧縮して吐出するターボ圧縮機であっ
て、モータ(27)の回転軸(13)に取り付けられた羽根車(1
5a,75a)を有する複数の圧縮部(201,202)と、上記回転軸
(13)を上記各圧縮部(201,202)に対応した複数箇所で軸
支するように設けられた複数の気体軸受(37,97)と、上
記回転軸(13)における上記各気体軸受(37,97)の近傍部
分(37a,97a)に吸入気体を吹き付ける複数の吹付通路(20
3,204)とを備えていることとしたものである。

【００２２】上記事項により、昇圧前の低温の吸入気体
が各吹付通路(203,204)を通り、回転軸(13)における複
数の気体軸受(37,97)の近傍部分(37a,97a)に吹き付けら
れる。そのため、回転軸(13)の熱膨張は抑制され、軸受
の焼付きが防止される。その結果、性能及び信頼性が向
上する。

【００２３】上記各吹付通路(203,204)の吹出口は、回
転軸(13)との間に隙間(C1,C2)が設けられるように該回
転軸(13)から離れて配置され、高段側の吹付通路(204)
の吹出口と上記回転軸(13)との間の隙間間隔が、低段側
の吹付通路(203)の吹出口と上記回転軸(13)との間の隙
間間隔よりも小さくてもよい。

【００２４】上記事項により、高段側の吹付通路(204)
の吹出口の方が低段側の吹付通路(203)の吹出口よりも
回転軸(13)に接近しているため、高段側の気体軸受(37)
の近傍部分(37a)の方が低段側の気体軸受(97)の近傍部
分(97a)よりも、吸入気体がより直接的に吹き付けられ
ることになる。そのため、低段側よりも熱膨張の生じや
すい高段側の気体軸受(37)の近傍部分(37a)は、低段側
よりも冷却されやすくなり、回転軸(13)の熱膨張の程度
に応じた冷却が行われることになる。従って、効率の良
い冷却が実現される。

【００２５】上記吹付通路(203,204)は、高段側の吹付
通路(204)の方が低段側の吹付通路(203)よりも吹付量が
多くなるように構成されていてもよい。

【００２６】上記事項により、低段側よりも熱膨張の生
じやすい高段側の気体軸受(37)の近傍部分(37a)は、低
段側よりも冷却されやすくなり、回転軸(13)の熱膨張の
程度に応じた冷却が行われる。従って、効率の良い冷却
が実現される。

【００２７】上記吹付通路(203,204)は、吸入気体を回
転軸(13)の高段側気体軸受(97)の近傍部分(97a)に吹き
付けた後、該気体を回収して低段側気体軸受(37)の近傍
部分(37a)に吹き付けるように構成されていてもよい。

【００２８】上記事項により、低温の吸入気体は、ま
ず、回転軸(13)における高段側の気体軸受(97)の近傍部
分(97a)に吹き付けられる。そして、高段側の気体軸受
(97)の近傍部分(97a)に吹き付けられた気体は、回転軸
(13)の高段側気体軸受(97)の近傍を冷却し、昇温する。
次に、昇温した気体は回収され、低段側の気体軸受(37)
の近傍部分(37a)に吹き付けられる。その結果、低段側
の気体軸受(37)の近傍部分も冷却される。このように、
低段側よりも熱膨張の生じやすい高段側の気体軸受(97)
の近傍部分(97a)には、より低温の気体が吹き付けられ
るので、高段側気体軸受(97)の近傍部分(97a)は、低段
側気体軸受(37)の近傍部分(37a)よりも冷却されやす
い。従って、回転軸(13)の熱膨張の程度に応じた冷却が
行われ、効率の良い冷却が実現される。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００３０】＜実施形態１＞図１は、本発明の一実施形
態に係るターボ圧縮機(100)を示す。(1)はドーム形のケ
ーシングである。このケーシング(1)は、両端（図１の
左右両端）が開口した有底筒状のケーシング本体(3)
と、ケーシング本体(3)の開口を覆う閉塞部材(5),(65)
とで密閉構造に形成されている。

【００３１】本ターボ圧縮機(100)は潤滑油を必要とし
ないいわゆるオイルレス圧縮機であり、ケーシング(1)
の内部には、閉塞部材(5)に接近した位置に静止側スラ
スト軸受(7)が設けられている。この静止側スラスト軸
受(7)は、回転側スラスト軸受(41)との間で気体軸受を
構成するものである。なお、後述する第１静止側ジャー
ナル軸受(31)の一部も静止側スラスト軸受を構成する。
つまり、動圧型スラスト気体軸受(43)の両面が動圧気体
軸受となっている。閉塞部材(5)と静止側スラスト軸受
(7)との間には高段側インペラ室(112)が区画形成され、
この高段側インペラ室(112)には、複数枚の羽根(15a)を
有する略円錐台形状の羽根車（インペラ）(15)が配置さ
れている。羽根車(15)の外周（インペラ出口）には、高
段側インペラ室(112)に連通するディフューザ空間(9)及
びスクロール空間(17)が形成されている。

【００３２】ケーシング(1)の中央部には回転軸(13)が
回転自在に配置され、この回転軸(13)の一端（図１左
端）には上記羽根車(15)が回転一体に取り付けられてい
る。羽根車(15)と閉塞部材(5)との間には、僅かなクリ
アランスが設けられている。また、閉塞部材(5)の中央
部には、冷媒を高段側インペラ室(112)を導くための第
２供給配管(136)が接続されている。ケーシング本体(3)
には、昇圧した冷媒を吐出するための吐出配管(137)が
スクロール空間(17)に連通するように接続されている。

【００３３】ケーシング(1)の中央部にはモータ室(11)
が区画形成され、回転軸(13)の中途部はモータ室(11)の
内部空間に晒されるように配置されている。モータ室(1
1)には、ロータ(23)とステータ(25)とからなるモータ(2
7)が配置されている。ロータ(23)は回転軸(13)の中途部
に固定され、一方、ステータ(25)はロータ(23)と向かい
合うように、ケーシング本体(3)の内周面に装着された
周壁部材(29)に固定されている。

【００３４】静止側スラスト軸受(7)のモータ室(11)側
には、第１静止側ジャーナル軸受(31)が、反対側には第
２静止側ジャーナル軸受(33)がそれぞれ固定され、これ
ら第１及び第２静止側ジャーナル軸受(31),(33)と周壁
部材(29)とによってハウジングが構成され、このハウジ
ング内部をモータ室(11)としている。なお、これら第１
静止側ジャーナル軸受(31)及び第２静止側ジャーナル軸
受(33)は、本発明でいうところの「軸受部」に対応して
いる。回転軸(13)の第１及び第２静止側ジャーナル軸受
(31),(33)の貫通部分の外周面には、複数のヘリンボー
ン溝(35),(95)（「気体軸受形成部」に対応）が、これ
ら軸受(31),(33)の内周面に向かう合うように形成され
ている。そして、回転軸(13)と各軸受(31),(33)との間
には、所定間隔のクリアランス(C1),(C2)が設けられて
おり、このクリアランス(C1),(C2)に生成された気体圧
力による気体膜により、回転軸(13)を非接触状態で回転
自在に支持する動圧型ジャーナル気体軸受(37),(97)を
構成している。

【００３５】静止側スラスト軸受(7)と第１静止側ジャ
ーナル軸受(31)との間にはプレート室(39)が形成され、
このプレート室(39)にはスラスト円板からなる回転側ス
ラスト軸受(41)が回転軸(13)に外側方に張り出すように
嵌着されて配置されている。静止側スラスト軸受(7)は
回転側スラスト軸受(41)よりも羽根車(15)寄りに配置さ
れ、回転側スラスト軸受(41)と対峙している。回転側ス
ラスト軸受(41)の両面には図示しないスパイラル溝が形
成され、静止側スラスト軸受(7)及び第１静止側ジャー
ナル軸受(31)の各々との間の僅かなクリアランスに生成
された気体圧力による気体膜により、回転軸(13)のスラ
スト荷重を非接触状態で回転自在に支持する動圧型スラ
スト気体軸受(43)を構成している。この動圧型スラスト
気体軸受(43)は、動圧型ジャーナル気体軸受(37)よりも
羽根車(15)寄りに配置されている。

【００３６】回転軸(13)のヘリンボーン溝(35)よりも高
段側インペラ室(112)側には、冷媒漏れを防止するため
のラビリンスシール部(45)が設けられている。また、低
段側インペラ室(111)側にも、同様のラビリンスシール
部(96)が設けられている。

【００３７】第２静止側ジャーナル軸受(33)と閉塞部材
(65)との間には低段側インペラ室(111)が区画形成さ
れ、この低段側インペラ室(111)には、回転軸(13)の他
端（図１右端）に回転一体に取り付けられた羽根車(75)
が収容されている。高段側インペラ室(112)と同様、低
段側インペラ室(111)に対しても、ディフューザ空間(6
9)及びスクロール空間(77)が連通するように配置されて
いる。

【００３８】ケーシング本体(3)及び周壁部材(29)に
は、吸入配管(130)が分岐して成る第１及び第２吸入配
管(131),(132)を挿通させる挿通孔が形成され、第１及
び第２吸入配管(131),(132)の先端部がこれら挿通孔に
挿通されて第１及び第２吸入通路(141),(142)を形成し
ている。これら吸入通路(141),(142)は、昇圧前の低温
低圧の吸入冷媒をモータ室(11)に導くものであり、本圧
縮機(100)は内部が低温低圧雰囲気となる低圧ドーム構
造を有している。

【００３９】第１及び第２吸入通路(141),(142)の反対
側のケーシング本体(3)及び周壁部材(29)には、各吸入
通路(141),(142)からケーシング(1)の軸方向中央側に若
干ずれた位置に第１及び第２導出通路(143),(144)がそ
れぞれ設けられている。これら導出通路(143),(144)
は、モータ室(11)においてモータ(27)及び回転軸(13)を
冷却した冷媒をモータ室(11)から排出するための通路で
ある。第１及び第２導出通路(143),(144)は、それぞれ
第１及び第２導出配管(133),(134)に接続されている。
両導出配管(133),(134)は合流してから閉塞部材(65)の
中央部に接続され、低段側インペラ室(111)に冷媒を供
給する第１供給配管(135)を形成している。

【００４０】第２供給配管(136)は、低段側の羽根車(7
5)で昇圧された冷媒、つまり１段目の圧縮が行われた冷
媒を高段側インペラ室(112)に供給する配管である。第
２供給配管(136)の一端は低段側のスクロール空間(77)
に連通するようにケーシング本体(3)に接続され、他端
は高段側インペラ室(112)の吸入側に連通するように閉
塞部材(5)に接続されている。

【００４１】高段側の羽根車(15)で昇圧された冷媒、つ
まり２段目の圧縮が行われた冷媒を吐出する吐出配管(1
37)は、高段側のスクロール空間(17)に連通するよう
に、ケーシング本体(3)に接続されている。

【００４２】図２（ａ）にも示すように、第１静止側ジ
ャーナル軸受(31)のモータ室(11)側及び第２静止側ジャ
ーナル軸受(33)のモータ室(11)側には、厚手の円形プレ
ート(50)を２枚の薄手の円形プレート(52)で挟んでなる
ドーナツ形状の環状部材(51)がそれぞれ配置されてい
る。環状部材(51)の中心には回転軸(13)を挿入する挿入
孔(51a)が、その外周には環状通路(51b)がそれぞれ形成
されている。回転軸(13)は、環状部材(51)の挿入孔(51
a)の内周面と接触しないように、当該内周面との間に所
定の隙間を存した状態に配置されている。また、この環
状部材(51)の中央の円形プレート(50)には、半径方向に
貫通する４つの吹付通路(50a)が放射状に形成され、挿
入孔(51a)と環状通路(51b)とを各吹付通路(50a)によっ
て連絡している。この吹付通路(50a)は、吸入通路(14
1),(142)から環状通路(51b)に導入した低温冷媒を回転
軸(13)に直接吹き付けてからモータ室(11)に導入する冷
媒の流通路を形成している。

【００４３】ここでは、吹付通路(50a)の流路断面積
は、回転軸(13)に吹き付けられる冷媒の速度が増加する
ように、吸入通路(141),(142)の流路断面積よりも小さ
く設定されている。しかし、吹付通路(50a)の流路断面
積は、冷媒が回転軸(13)の冷却に好適な速度で吹き出さ
れるように設定すればよく、冷媒の流速が適当な値であ
れば、吸入通路(141),(142)の流路断面積と同等でもよ
く、それよりも大きくても構わない。冷媒の圧力損失を
低減させる観点からは吹付通路(50a)の流路断面積は大
きい方が好ましいため、吹付通路(50a)の流路断面積
は、回転軸(13)の冷却効果と圧力損失の両観点から設定
することが望ましい。また、吹付通路(50a)の流路断面
積は下流側に向かって徐々に小さくなるように設定され
ていてもよい。また、ノズル形状に形成されていてもよ
い。

【００４４】回転軸(13)における吹付通路(50a)からの
冷媒が吹き付けられる外周面には、冷却を促進する拡大
面として、放熱用の環状溝(53)が形成されている。つま
り、環状溝(53)は、回転軸(13)のヘリンボーン溝(35),
(95)のモータ室(11)寄りの近傍に形成され、回転軸(13)
の熱伝導によりヘリンボーン溝(35),(95)やラビリンス
シール部(45)、(96)等を冷却し、回転軸(13)の熱膨張を
抑制するように構成されている。なお、冷却を促進する
拡大面として、回転軸(13)にフィンを設けることも可能
である。

【００４５】次に、本ターボ圧縮機(100)の動作を説明
する。吸入配管(130)から第１及び第２吸入配管(131),
(132)に分流されて吸入された低圧冷媒は、各吹付通路
(50a)を通過し、回転軸(13)に吹き付けられ、モータ室
(11)に導入される。この冷媒は回転軸(13)を冷却すると
共にモータ(27)も冷却し、第１及び第２導出配管(133),
(134)に導出される。両導出配管(133),(134)の冷媒は第
１供給配管(135)にて合流し、低圧冷媒として低段側の
インペラ室(111)に供給される。この低圧冷媒は羽根車
(75)の回転により１段目の圧縮が行われ、昇圧された中
間圧冷媒として第２供給配管(136)に導出される。中間
圧冷媒は第２供給配管(136)を通過し、高段側のインペ
ラ室(112)に導入され、羽根車(15)の回転により２段目
の圧縮が行われ、更に昇圧されて高圧冷媒となる。そし
て、この高圧冷媒は、吐出配管(137)を通じて吐出され
る。

【００４６】このように、回転軸(13)は昇圧前の低温低
圧の冷媒によって冷却されるので、軸受摩擦や高温冷媒
の漏れによって加熱されたとしても、その温度上昇が抑
制される。従って、回転軸(13)の熱膨張が抑制され、動
圧型ジャーナル気体軸受(37),(97)やラビリンスシール
部(45),(96)におけるクリアランス変化が極めて小さく
なる。そのため、予め回転軸(13)の熱膨張を見込んだう
えでクリアランス(C1),(C2)を大きめに設定する必要が
なく、また、回転軸(13)の熱膨張による焼付きを防止す
ることができる。従って、効率が高く且つ信頼性の高い
ターボ圧縮機を実現することが可能となる。

【００４７】また、モータ室(11)のモータ(27)も、昇圧
前の低温低圧冷媒によって冷却されるので、モータ(27)
の過熱が防止される。従って、モータ(27)の発熱による
回転軸(13)の加熱も抑制される。また、モータ(27)自体
の効率も向上する。

【００４８】特に、吸入冷媒を分流して導く第１及び第
２の吸入通路(141),(142)を設け、回転軸(13)の両側を
冷却するようにしたので、どちらか一方の側を冷却する
ような場合に比べて、回転軸(13)の両側のクリアランス
(C1),(C2)を万遍なく適正な値に保つことができる。つ
まり、各気体軸受(37),(97)のそれぞれに対応するよう
に吸入通路(141),(142)を複数個設けることとしたの
で、各気体軸受(37),(97)を低温冷媒によって直接的に
冷却することができ、回転軸(13)を効果的に冷却するこ
とが可能となる。

【００４９】環状部材(51)を用い、低温冷媒を各吹付通
路(50a)を通じて集中的に吹き付けることとしたので、
第１及び第２静止側ジャーナル軸受(31),(33)を冷却す
ることなく、回転軸(13)のみを効率的に冷却することが
できる。従って、これら軸受(31),(33)の熱膨張を許容
しつつ、回転軸(13)の熱膨張を抑制することが可能とな
る。更に、吹付通路(50a)の出口部を、回転軸(13)の過
熱しやすい部分である動圧型ジャーナル気体軸受(37),
(97)やラビリンスシール部(45)、(96)の近くに配置して
いるので、これら部分の冷却を集中的かつ効率的に行う
ことが可能となる。

【００５０】また、回転軸(13)における吹付通路(50a)
の出口近傍には、伝熱促進用の環状溝(53)が形成されて
いるので、冷却効果をより高めることが可能となる。

【００５１】なお、環状部材(51)としては、上記の形態
に限らず、例えば図２（ｂ）に示すように、２つの吹付
通路(50a)を対向位置に配置したものでもよく、図２
（ｃ）のように６つの吹付通路(50a)を放射状に配置し
たものであってもよい。更には、図２（ｄ）のように、
４つの吹付通路(50a)を回転軸(13)に対してほぼ接線方
向になるように配置してもよく、これによれば、冷媒が
スムーズに流れて回転軸(13)に対する低温冷媒の伝熱を
一層促進し、冷却効果を更に高めることができる。

【００５２】また、図３に示すように、各吹付通路(50
a)の吹出口を傾斜させ、冷媒の吹き付け方向を回転軸(1
3)の軸心に対して鋭角にし、冷媒を斜め方向から吹き付
けるようにすれば、冷媒の流れがスムーズとなり、熱伝
達が促進される。従って、回転軸(13)の冷却効果をより
高めることができる。特に、各吹付通路(50a)の吹出口
をモータ(27)側に傾斜させることにより、第１及び第２
静止側ジャーナル軸受(31),(33)を冷却することなく、
また、気体軸受のクリアランスに不要な乱れを生じさせ
ることなく、回転軸(13)のみを効果的に冷却することが
可能となる。

【００５３】また、図４に示すように、回転軸(13)の外
周面に形成した放熱用の溝(53)を螺旋形状に形成するこ
とにより、冷媒をこの螺旋状の溝(53)によって回転軸(1
3)周りにスムーズに導くことができ、その冷却効果を一
層向上させることができる。特に、冷媒をモータ(27)側
に導くようにその螺旋形状を形成することにより、第１
及び第２静止側ジャーナル軸受(31),(33)を冷却させる
ことなく、また、気体軸受のクリアランスに不要な乱れ
を生じさせることなく、回転軸(13)のみを効果的に冷却
することが可能となる。

【００５４】また、図５に示すように、吹付通路(50a)
を有する環状部材(51)を用いる代わりに、吹付通路(50
a)自体を管路で形成してもよい。例えば、第１及び第２
吸入配管(131),(132)の先端部を回転軸(13)の近傍にま
で延長し、これら吸入配管(131),(132)から吸入冷媒を
吹き付けるようにしてもよい。

【００５５】なお、本実施形態では、モータ室(11)の冷
媒を導出する通路として、第１及び第２の導出配管(13
3),(134)を設けていたが、モータ室(11)の冷媒を導出す
る通路は１本の通路で構成してもよい。つまり、第１供
給配管(135)のみによってモータ室(11)と低段側のイン
ペラ室(111)とを連通するように構成してもよい。

【００５６】＜実施形態２＞図６に示すように、本実施
形態に係るターボ圧縮機(100b)は、実施形態１と同様
に、高段側及び低段側の２つの圧縮部(201,202)を備え
ている。各圧縮部(201,202)は、回転軸(13)に取り付け
られた羽根車(15,75)がインペラ室(111,112)に収容さ
れ、羽根車(15,75)の外周にディフューザ空間(9,69)及
びスクロール空間(17,77)が設けられて構成されてい
る。本実施形態においても、高段側及び低段側の各圧縮
部(201,202)に対応するように、回転軸(13)には２つの
ヘリンボーン溝(35,95)が形成されている。そして、回
転軸(13)は、低段側圧縮部(201)及び高段側圧縮部(202)
に対応した複数箇所において、動圧気体軸受(37,97)に
よって支持されるようになっている。

【００５７】本実施形態においても、低段側及び高段側
の各吹付通路(203,204)は、回転軸(13)における各気体
軸受(37,97)の近傍部分（以下、吹付部(37a,97a)とい
う）に吸入気体を吹き付けるように構成されている。し
かし、実施形態１と異なり、本実施形態に係る吹付通路
(203,204)は、吸入気体を分流したうえで各吹付部(37a、
97a)に吹き付けるのではなく、吸入気体のすべてをいっ
たん高段側の吹付部(37a)に吹き付け、この高段側吹付
部(37a)に吹き付けられた吸入気体を回収し、低段側の
吹付部(97a)に吹き付けるように構成されている。

【００５８】図７（ｂ）に示すように、本実施形態の吹
付通路(203,204)は、中心部が窪んでいる略環状の環状
部材(205)によって形成されている。図７（ａ）に示す
ように、この環状部材(205)の外周側には、外周に沿っ
て９０度の角度で広がる２つの外周溝(206,207)が形成
されている。これら外周溝(206)と外周溝(207)とは、環
状部材(205)の中心点に関して点対称の位置に設けられ
ている。また、外周溝(206)と環状部材(205)の中心穴(2
08)とは、環状部材(205)の径方向に延びる吹出通路(209
a、209b)を介して連通している。一方、外周溝(207)と中
心穴(208)とは、環状部材(205)の径方向に延びる吸入通
路(210a,210b)を介して連通している。

【００５９】図６に示すように、環状部材(205)は周壁
部材(29)の内側に配置される。そして、高段側に設けら
れた環状部材(205)の外周が周壁部材(29)によって被わ
れることにより、図７（ａ）に示すように、上記外周溝
(206)と周壁部材(29)とによって、第１吸入配管(231)か
らの吸入気体を各吹出通路(209a,209b)に分配する分配
通路(211)が区画形成されている。また、上記外周溝(20
7)と周壁部材(29)とによって、各吸入通路(210a,210b)
からの気体を合流させて第２吸入配管(232)に供給する
合流通路(212)が区画形成されている。なお、高段側の
吹付部(37a)に吸入気体を吹き付ける高段側吹付通路(20
4)は、上記分配通路(211)及び吹出通路(209a,209b)によ
って形成されている。上記吸入通路(210a、210b)及び合
流通路(212)により、回転軸(13)の高段側の吹付部(37a)
に吹き付けられた気体を回収する回収通路(213)が形成
されている。

【００６０】同様に、低段側に設けられた環状部材(20
5)の外周が周壁部材(29)によって被われることにより、
当該環状部材(205)の外周溝(206)と周壁部材(29)とによ
って、第２吸入配管(232)からの吸入気体を各吹出通路
(209a,209b)に分配する分配通路(211)が区画形成されて
いる。また、上記外周溝(206)と点対称に配置された外
周溝(207)と周壁部材(29)とによって、各吸入通路(210
a,210b)からの気体を合流させて第１供給配管(135)に供
給する合流通路(212)が区画形成されている。なお、低
段側の吹付部(97a)に吸入気体を吹き付ける低段側吹付
通路(203)は、上記分配通路(211)及び吹出通路(209a,20
9b)によって形成されている。上記吸入通路(210a,210b)
及び合流通路(212)により、回転軸(13)の低段側の吹付
部(97a)に吹き付けられた気体を回収する回収通路(214)
が形成されている。

【００６１】各吹付通路(203,204)の吹出通路(209a,209
b)は、気体の吹き付け方向が回転軸(13)の軸心に対して
鋭角になるように、気体を回転軸(13)の吹付部(37a,97
a)に対して斜め方向から吹き付けるように形成されてい
る。

【００６２】本実施形態では、第１吸入配管(231)から
吸入された気体は、まず、高段側の吹付通路(204)を通
って高段側の気体軸受(37)の近傍の吹付部(37a)に吹き
付けられる。そして、吹付部(37a)に吹き付けられた気
体の大部分は、回収通路(213)を通り第２吸入配管(232)
に流入する。第２吸入配管(232)の気体は、低段側の吹
付通路(203)を通り、低段側の気体軸受(97)の近傍の吹
付部(97a)に吹き付けられる。吹付部(97a)に吹き付けら
れた気体は、回収通路(214)を通って、第１供給配管(13
5)に流入する。第１供給配管(135)の気体は、低段側の
インペラ室(111)に供給され、羽根車(75)の回転により
１段目の圧縮が行われ、昇圧された中間圧冷媒として第
２供給配管(136)に導出される。この中間圧冷媒は第２
供給配管(136)を通過し、高段側のインペラ室(112)に導
入され、羽根車(15)の回転により２段目の圧縮が行わ
れ、更に昇圧されて高圧冷媒となる。そして、この高圧
冷媒は、吐出配管(137)を通じて吐出される。

【００６３】このように、本実施形態においても、回転
軸(13)は昇圧前の低温低圧の冷媒によって冷却されるの
で、その温度上昇が抑制される。従って、回転軸(13)の
熱膨張は抑制され、気体軸受(37,97)やラビリンスシー
ル部(45,96)におけるクリアランス変化が極めて小さく
なる。従って、軸受の焼付きを防止することができ、効
率が高く且つ信頼性の高いターボ圧縮機を実現すること
が可能となる。

【００６４】特に、本実施形態では、吸入気体をいった
ん高段側の吹付部(37a)に吹き付け、その後に低段側の
吹付部(97a)に吹き付けることとしたので、高段側の吹
付部(37a)に吹き付ける冷媒の温度を、低段側の吹付部
(97a)に吹き付ける冷媒の温度よりも低くすることがで
きる。そのため、回転軸(13)の熱膨張の程度が大きいと
予想される高段側に対しては、より低温の冷媒を吹き付
けることができる。このように、熱膨張の程度の大きな
箇所に対してはより低温の冷媒を吹き付け、熱膨張の程
度の小さな箇所に対しては、上記低温冷媒よりも高温の
冷媒を吹き付けることができるので、回転軸(13)の膨張
の程度に応じた冷却を行うことができる。従って、回転
軸(13)の全体の熱膨張をより効果的に抑制することがで
きる。

【００６５】＜実施形態３＞図８に示すように、実施形
態３に係るターボ圧縮機(100c)は、高段側の吹付通路(2
04)の吹出口の方が低段側の吹付通路(203)の吹出口より
も回転軸(13)に接近しているものである。

【００６６】高段側の吹付通路(204)及び回収通路(213)
は、実施形態２と同様の環状部材(205)によって形成さ
れている。一方、低段側の吹付通路(203)及び回収通路
(214)は、環状部材(205)の中心穴を一回り大きくした環
状部材(205a)によって形成されている。すなわち、本実
施形態では、低段側の吹付通路(203)の吹出口と回転軸
(13)の吹付部(97a)との間の隙間間隔は、高段側の吹付
通路(204)の吹出口と回転軸(13)の吹付部(37a)との間の
隙間間隔よりも大きくなっている。

【００６７】ターボ圧縮機(100c)の運転時には、実施形
態１と同様、吸入配管(130)から第１及び第２吸入配管
(131,132)に分流して吸入された低圧冷媒は、各吹付通
路(203,204)を通過し、回転軸(13)の各吹付部(37a、97a)
に吹き付けられる。各吹付部(37a,97a)に吹き付けられ
た冷媒は、各回収通路(213,214)を通って第１及び第２
導出配管(133,134)に導出される。これら導出配管(133,
134)内の冷媒は、第１供給配管(135)において合流し、
低圧冷媒として低段側のインペラ室(111)に供給され
る。この低圧冷媒は、実施形態１と同様に、低段側の圧
縮部(201)で昇圧されて中間圧冷媒となり、高段側の圧
縮部(202)で更に昇圧されて高圧冷媒となって、吐出配
管(137)を通じて吐出される。

【００６８】本実施形態では、高段側の吹付通路(204)
の吹出口は、低段側の吹付通路(203)の吹出口よりも回
転軸(13)に接近しているので、高段側の吹付部(37a)は
低段側の吹付部(97a)よりも冷却されやすい。従って、
本実施形態においても、実施形態２と同様に、回転軸(1
3)の熱膨張の程度に応じた冷却を行うことができ、回転
軸(13)の全体の熱膨張をより効果的に抑制することがで
きる。

【００６９】＜実施形態４＞図９に示すように、実施形
態４に係るターボ圧縮機(100d)は、吸入配管(130)から
分岐した第１及び第２吸入配管(131,132)のそれぞれ
に、流量変更機構を設けたものである。

【００７０】具体的には、第１吸入配管(131)には第１
バルブ(233)が設けられ、第２吸入配管(132)には第２バ
ルブ(234)が設けられている。これら第１及び第２バル
ブ(233,234)は開度調節が自在なバルブであり、それら
の開度を調節することにより、第１及び第２吸入配管(1
31,132)を流れる吸入冷媒の量を調節することができ
る。ここでは、第１バルブ(233)の方が第２バルブ(234)
よりも絞り気味に設定されており、吸入配管(130)を流
れてきた吸入冷媒は、第１吸入配管(131)よりも第２吸
入配管(132)の方に多く流入するようになっている。そ
の結果、吸入冷媒の流速及び流量は第２吸入配管(132)
の方が第１吸入配管(131)よりも大きくなり、低段側の
吹付部(97a)よりも高段側の吹付部(37a)に対し、より多
くの吸入冷媒が吹き付けられる。

【００７１】従って、本実施形態においても、回転軸(1
3)の熱膨張の程度に応じた冷却を行うことができるの
で、回転軸(13)の全体の熱膨張をより効果的に抑制する
ことができる。

【００７２】なお、第１及び第２吸入配管(131,132)に
設ける流量変更機構は、バルブ(233,234)に限定される
ものではなく、第２吸入配管(132)の流量が第１吸入配
管(131)の流量よりも多くなるように各吸入配管(131,13
2)の流量を調節できるものであれば、どのようなもので
もよい。例えば、オリフィス等であってもよい。また、
流量変更機構は、各吸入配管(131,132)の流量を一定流
量にするものであってもよく、それらの流量を手動また
は自動で適宜変更できるものであってもよい。

【００７３】また、第１及び第２吸入配管(131,132)に
流量変更機構を設ける代わりに、低段側及び高段側の吹
付通路(204,203)自体を、高段側の方が低段側よりも流
量が多くなるように形成してもよい。例えば、第２吸入
配管(132)の方が第１吸入配管(131)よりも流路断面積が
大きくなるようにしてもよい。

【００７４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、回転軸
(13)を回転させるモータ(27)が配置されたモータ室(11)
に昇圧前の低温低圧の吸入気体を導入し、当該モータ室
(11)を低温低圧雰囲気にしたので、回転軸(13)の熱膨張
を抑制することができ、回転軸(13)と各軸受部(31,33)
との間のクリアランス(C1,C2)を適正な値に保つことが
可能となる。従って、軸受性能を維持したまま焼付きを
防止することができ、性能及び信頼性の双方を向上させ
ることができる。

【００７５】吸入気体を回転軸(13)の各気体軸受形成部
(35,95)の近傍に吹き付ける複数の吹付通路(50a)を設け
ることにより、両気体軸受形成部(35,95)を直接的且つ
効率的に冷却することができ、回転軸(13)の両側に羽根
車(15,75)及び気体軸受形成部(35,95)が設けられている
にも関わらず、回転軸(13)の熱膨張を確実に防止するこ
とができる。従って、性能及び信頼性の双方に優れた多
段式のターボ圧縮機を実現することができる。

【００７６】吹付通路(50a)を、吸入気体を回転軸(13)
の軸方向に対して斜め方向に吹き付けるように形成し、
あるいは、吸入気体を回転軸(13)の接線方向に吹き付け
るように形成することにより、吸入気体の流れをスムー
ズにすることができ、吸入気体と回転軸(13)との間の熱
伝達を促進することができる。

【００７７】吹付通路(50a)を、吸入冷媒を回転軸(13)
の過熱しやすい部分に吹き付けるように形成することに
より、回転軸(13)を効率的に冷却することができる。

【００７８】回転軸(13)に放熱用の溝(53)を形成するこ
とにより、回転軸(13)の冷却を更に促進することができ
る。

【００７９】モータ(27)の回転軸(13)に取り付けられた
羽根車(15,75)を有する複数の圧縮部(201,202)と、上記
回転軸(13)を上記各圧縮部(201,202)に対応した複数箇
所で軸支するように設けられた複数の気体軸受(37,97)
と、上記回転軸(13)における上記各気体軸受(37,97)の
近傍部分(37a,97a)に吸入気体を吹き付ける複数の吹付
通路(203,204)とを備えることにより、複数の気体軸受
(37,97)のそれぞれの軸受性能を維持したまま、その焼
付きを防止することができ、性能及び信頼性の双方を向
上させることができる。

【００８０】吹付通路(203,204)を、高段側の吹付通路
(204)の吹出口の方が低段側の吹付通路(203)の吹出口よ
りも回転軸(13)に近くなるように形成することにより、
回転軸(13)の各部の熱膨張の程度に応じた冷却が可能と
なり、軸受の焼付きを効果的に防止することができる。

【００８１】吹付通路(203,204)を、高段側の方が低段
側よりも吹付量が多くなるように構成することにより、
回転軸(13)の各部の熱膨張の程度に応じた冷却が可能と
なり、軸受の焼付きを効果的に防止することができる。

【００８２】吹付通路(203,204)を、回転軸(13)の高段
側気体軸受(97)の近傍部分(97a)を冷却した気体によっ
て低段側気体軸受(37)の近傍部分(37a)を冷却するよう
に形成することにより、回転軸(13)の各部の熱膨張の程
度に応じた冷却が可能となり、軸受の焼付きを効果的に
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るターボ圧縮機の断面図
である。

【図２】（ａ）〜（ｄ）は、環状部材の吹付通路の各種
態様を示す図である。

【図３】ターボ圧縮機の環状部材設置部分の変形例を示
す部分断面図である。

【図４】回転軸の放熱用の溝形状の変形例を示す図であ
る。

【図５】吹付通路の変形例を示すターボ圧縮機の断面図
である。

【図６】実施形態２に係るターボ圧縮機の断面図であ
る。

【図７】（ａ）は環状部材の正面図、（ｂ）は（ａ）の
環状部材のＩ−Ｉ線断面図である。

【図８】実施形態３に係るターボ圧縮機の断面図であ
る。

【図９】実施形態４に係るターボ圧縮機の断面図であ
る。

【符号の説明】

(1) ケーシング (11) モータ室 (13) 回転軸 (15) 羽根車 (27) モータ (35),(95) ヘリンボーン溝（気体軸受形成部） (37),(97) 動圧型ジャーナル気体軸受（気体軸受） (43) 動圧型スラスト気体軸受 (45) ラビリンスシール部 (50a) 吹付通路 (111),(112) インペラ室 (131),(132) 吸入通路 (C1),(C2) クリアランス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東 洋文 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸入気体を多段に圧縮して吐出するター
   ボ圧縮機であって、 少なくともモータ室(11)及び該モータ室(11)の両側に第
   １及び第２のインペラ室(111,112)を区画形成するケー
   シング(1)と、 上記モータ室(11)に収納されたモータ(27)と、 上記モータ(27)に連結された回転軸(13)と、 上記回転軸(13)の両側に設けられ且つ上記第１及び第２
   インペラ室(111,112)にそれぞれ収容された第１及び第
   ２羽根車(15,75)と、 上記第１及び第２羽根車(15,75)に対応して上記回転軸
   (13)の両側に形成された第１及び第２気体軸受形成部(3
   5,95)と、 上記回転軸(13)の上記第１及び第２気体軸受形成部(35,
   95)との間で気体軸受(37,97)を形成するように該各気体
   軸受形成部(35,95)と所定のクリアランス(C1,C2)を存し
   て設けられ、該回転軸(13)を非接触状態で支持する軸受
   部(31,33)と、 昇圧前の吸入気体で上記モータ室(11)を冷却するよう
   に、吸入気体を該モータ室(11)に導く吸入通路(141,14
   2)とを備えているターボ圧縮機。
2. 【請求項２】 吸入通路は、回転軸(13)の第１及び第２
   気体軸受形成部(35,95)を冷却するように、吸入気体を
   該回転軸(13)の該各気体軸受形成部(35,95)の近傍に吹
   き付ける複数の吹付通路(50a)を備えている請求項１に
   記載のターボ圧縮機。
3. 【請求項３】 吸入気体を多段に圧縮して吐出するター
   ボ圧縮機であって、 少なくともモータ室(11)及び該モータ室(11)の両側に第
   １及び第２のインペラ室(111,112)を区画形成するケー
   シング(1)と、 上記モータ室(11)に収納されたモータ(27)と、 上記モータ(27)に連結された回転軸(13)と、 上記回転軸(13)の両側に設けられ且つ上記第１及び第２
   インペラ室(111,112)にそれぞれ収容された第１及び第
   ２羽根車(15,75)と、 上記第１及び第２羽根車(15,75)に対応して上記回転軸
   (13)の両側に形成された第１及び第２気体軸受形成部(3
   5,95)と、 上記回転軸(13)の上記第１及び第２気体軸受形成部(35,
   95)との間で気体軸受(37,97)を形成するように該各気体
   軸受形成部(35,95)と所定のクリアランス(C1,C2)を存し
   て設けられ、該回転軸(13)を非接触状態で支持する軸受
   部(31,33)と、 昇圧前の吸入気体で上記回転軸(13)の上記第１及び第２
   気体軸受形成部(35,95)を冷却するように、該吸入気体
   を該回転軸(13)の該各気体軸受形成部(35,95)の近傍に
   吹き付ける複数の吹付通路(50a)とを備えているターボ
   圧縮機。
4. 【請求項４】 吹付通路(50a)は、吸入気体を回転軸(1
   3)の軸方向に対して斜め方向に吹き付けるように形成さ
   れている請求項２又は３のいずれか一つに記載のターボ
   圧縮機。
5. 【請求項５】 吹付通路(50a)は、吸入気体を回転軸(1
   3)の接線方向に吹き付けるように形成されている請求項
   ２〜４のいずれか一つに記載のターボ圧縮機。
6. 【請求項６】 回転軸(13)には、放熱用の溝(53)が形成
   されている請求項２〜５のいずれか一つに記載のターボ
   圧縮機。
7. 【請求項７】 吸入気体を多段に圧縮して吐出するター
   ボ圧縮機であって、 モータ(27)の回転軸(13)に取り付けられた羽根車(15a,7
   5a)を有する複数の圧縮部(201,202)と、 上記回転軸(13)を上記各圧縮部(201,202)に対応した複
   数箇所で軸支するように設けられた複数の気体軸受(37,
   97)と、 上記回転軸(13)における上記各気体軸受(37,97)の近傍
   部分(37a,97a)に吸入気体を吹き付ける複数の吹付通路
   (203,204)とを備えているターボ圧縮機。
8. 【請求項８】 各吹付通路(203,204)の吹出口は、回転
   軸(13)との間に隙間(C1,C2)が設けられるように該回転
   軸(13)から離れて配置され、 高段側の吹付通路(204)の吹出口と上記回転軸(13)との
   間の隙間間隔が、低段側の吹付通路(203)の吹出口と上
   記回転軸(13)との間の隙間間隔よりも小さい請求項７に
   記載のターボ圧縮機。
9. 【請求項９】 吹付通路(203,204)は、高段側の吹付通
   路(204)の方が低段側の吹付通路(203)よりも吹付量が多
   くなるように構成されている請求項７に記載のターボ圧
   縮機。
10. 【請求項１０】 吹付通路(203,204)は、吸入気体を回
    転軸(13)の高段側気体軸受(97)の近傍部分(97a)に吹き
    付けた後、該気体を回収して低段側気体軸受(37)の近傍
    部分(37a)に吹き付けるように構成されている請求項７
    〜９のいずれか一つに記載のターボ圧縮機。