特開 2024-158336 圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024158336

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/08 20060101AFI20241031BHJP

   F04D 29/10 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

F04D29/08 E

F04D29/10 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023073463

(22)【出願日】2023-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】田中 隆太

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA12

3H130AB12

3H130AB27

3H130AB42

3H130AC30

3H130BA51A

3H130BA51C

3H130CA06

3H130CA21

3H130CB05

3H130DA02Z

3H130DC12X

3H130EA06A

3H130EA06C

3H130EB01A

3H130EB01C

(57)【要約】

【課題】所望の圧縮能力を得る。
【解決手段】圧縮機１は、低圧側インペラ２と、低圧側インペラ２が取り付けられた連結シャフト４と、連結シャフト４が挿通されるシャフト貫通穴５Ｈを有するプレート５と、を備える。低圧側インペラ２の低圧側ハブ背面２１とプレート５の低圧側プレート主面５Ａとは互いに対面する。低圧側インペラ２の低圧側ハブ背面２１にはインペラ凸部２１Ａが設けられる。プレート５の低圧側プレート主面５Ａには、プレート凹部５１が設けられる。低圧側インペラ２とプレート５との間には、インペラ凸部２１Ａ及びプレート凹部５１によって形成される流路部を含む第１隙間流路Ｆ１が設けられる。第１隙間流路Ｆ１には、高圧側プレートラビリンスシール８及び低圧側プレートラビリンスシール９が設けられる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

インペラと、
前記インペラが取り付けられたシャフトと、
前記シャフトが挿通されるシャフト貫通穴を有するプレートと、を備え、
前記インペラの背面と前記プレートの主面とは互いに対面し、
前記インペラの背面及び前記プレートの主面の一方には、前記インペラの背面及び前記プレートの主面の対面する方向に延びる凸部が設けられ、
前記インペラの背面及び前記プレートの主面の他方には、前記凸部を収容する凹部が設けられ、
前記インペラと前記プレートとの間には、前記凸部及び前記凹部によって形成される流路部を含む第１隙間流路が形成され、
前記第１隙間流路には第１ラビリンスシールが設けられる、圧縮機。

【請求項2】

前記凸部は、前記インペラの背面に設けられたインペラ凸部であり、
前記凹部は、前記プレートの主面に設けられたプレート凹部である、請求項１に記載の圧縮機。

【請求項3】

前記インペラ凸部は、前記シャフトの回転軸線に交差する凸部周面を有し、
前記プレート凹部は、前記凸部周面に向く凹部周面を有し、
前記凸部周面及び前記凹部周面の少なくとも一方には、前記第１ラビリンスシールのためのシール突起が設けられている、請求項２に記載の圧縮機。

【請求項4】

前記シャフトと前記シャフト貫通穴との間には第２隙間流路が形成され、
前記第２隙間流路の入口における流路断面の面積は、前記第１隙間流路の出口における流路断面の面積よりも、小さい、請求項１に記載の圧縮機。

【請求項5】

前記シャフトと前記シャフト貫通穴との間には第２隙間流路が形成され、
前記第２隙間流路には、第２ラビリンスシールが設けられる、請求項１に記載の圧縮機。

【請求項6】

前記プレートは、
前記シャフト貫通穴が設けられたプレート内周筒と、
前記プレート内周筒を収容する本体貫通穴が設けられたプレート本体と、
前記プレート内周筒の外周面と前記本体貫通穴の内周面との間に配置されたプレート中間円板と、を有する、請求項１に記載の圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

圧縮機は、回転するインペラを備えている。インペラは、シャフトによって支持されている。このシャフトも、ハウジングによって回転可能に支持されている。インペラは、ハウジングに対して相対的に運動するので、インペラはハウジングに対してわずかに離間している。この隙間は、圧縮される流体の流路になる。そこで、隙間から漏れ出る流体を抑制するために、いわゆるラビリンスシールが設けられる。特許文献１～４は、ラビリンスシールを備えた圧縮機を開示する。

【0003】

例えば、特許文献１の圧縮機は、第１のインペラによって圧縮した流体を、第２のインペラによって更に圧縮するいわゆる多段式の圧縮機である。特許文献１の圧縮機は、複数のインペラの背面同士が重ね合わされた形状を有する複合インペラと、複合インペラを収容するケーシングと、を備える。特許文献１の圧縮機は、複合インペラのハブの外周端面と外周端面に対向するケーシングの内面との間に設けられたシール部を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２－２５１５２８号公報

【特許文献2】国際公開第２０２０／１８９２９２号

【特許文献3】特開２０１６－１８３５７８号公報

【特許文献4】特開平８－１４０５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

圧縮機に求められる圧縮能力が高まるにつれて、ラビリンスシールに求められるシール能力も高まる。また、圧縮能力の高まりは、インペラの回転数の高まりも招く。ラビリンスシールのシール能力の観点からすると、ラビリンスシールのシール長が長いほうが望ましい。一方、インペラの回転数を高める観点からすると、インペラを含む回転体の剛性は高いほうが望ましい。つまり、回転体の高剛性化と、ラビリンスシールのシール能力の向上とは、相反する関係にあった。このような関係は、圧縮機の圧縮能力の向上の妨げとなっていた。

【0006】

そこで、本発明は、所望の圧縮能力を得ることが可能な圧縮機を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一形態である圧縮機は、インペラと、インペラが取り付けられたシャフトと、シャフトが挿通されるシャフト貫通穴を有するプレートと、を備え、インペラの背面とプレートの主面とは互いに対面し、インペラの背面及びプレートの主面の一方には、インペラの背面及びプレートの主面の対面する方向に延びる凸部が設けられ、インペラの背面及びプレートの主面の他方には、凸部を収容する凹部が設けられ、インペラとプレートとの間には、凸部及び凹部によって形成される流路部を含む第１隙間流路が形成され、第１隙間流路には第１ラビリンスシールが設けられる。

【0008】

この圧縮機のインペラとプレートとの間には、凸部及び凹部によって形成される流路部を含む第１隙間流路が存在する。凸部及び凹部によって形成される流路部を含む第１隙間流路の長さは、凸部及び凹部によって形成される流路部を含まない流路と比べると、流路長さが長い。そうすると、流路長さの長い第１隙間流路に、第１ラビリンスシールを設けることによって、インペラとプレートの間におけるシール性能を高めることができる。その結果、プレートとシャフトとの間におけるシール性能の一部又は全部を第１隙間流路に設けた第１ラビリンスシールによって負担することが可能になる。従って、所望のシール性能を得るために、プレートの厚みを大きくする必要がない。つまり、求められるシール性能によってインペラが取り付けられたシャフトの長さが決まることがなく、高い回転数にも対応できるインペラとの連結構造を採用できる。その結果、所望のシール性能と所望の回転数とを満たすことができるので、圧縮機は、所望の圧縮能力を得ることができる。

【0009】

上記の圧縮機の凸部は、インペラの背面に設けられたインペラ凸部であり、凹部は、プレートの主面に設けられたプレート凹部であってもよい。この場合には、凸部を有するインペラと、凹部を有するプレートとにより第１隙間流路を形成することができる。

【0010】

上記の圧縮機のインペラ凸部は、シャフトの回転軸線に交差する凸部周面を有し、プレート凹部は、凸部周面に向く凹部周面を有し、凸部周面及び凹部周面の少なくとも一方には、第１ラビリンスシールのためのシール突起が設けられてもよい。この構造によっても、シール性能を向上させることができる。

【0011】

上記の圧縮機において、シャフトとシャフト貫通穴との間には第２隙間流路が形成され、第２隙間流路の入口における流路断面の面積は、第１隙間流路の出口における流路断面の面積よりも、小さくてもよい。この構造によっても、所望のシール性能を得ることができる。

【0012】

上記の圧縮機において、シャフトとシャフト貫通穴との間には第２隙間流路が形成され、第２隙間流路には、第２ラビリンスシールが設けられてもよい。この構成によれば、シール性能をさらに向上することができる。

【0013】

上記の圧縮機のプレートは、シャフト貫通穴が設けられたプレート内周筒と、プレート内周筒を収容する本体貫通穴が設けられたプレート本体と、プレート内周筒の外周面と本体貫通穴の内周面との間に配置されたプレート中間円板と、を有してもよい。この構成によれば、ラビリンスシールを構成するプレートを容易に組み立てることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、所望の圧縮能力を得ることが可能な圧縮機が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、実施形態の圧縮機が備える低圧側インペラの一部とプレートの一部を断面視して示す斜視図である。

【図2】図２は、図１に示す圧縮機が備える３つのシール構造を示す断面図である。

【図3】図３は、図１に示すプレートを分解して示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照して、実施形態の圧縮機を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

【0017】

図１に示すように、圧縮機１は、低圧側インペラ２（第１インペラ）と、高圧側インペラ３（第２インペラ）と、を有する。低圧側インペラ２は、第１圧力である第１流体を受けて、第１流体を第１圧力から第１圧力よりも高い第２圧力まで圧縮する。第２圧力まで圧縮された流体を第２流体と称する。第２流体は、連絡流路（不図示）を介して高圧側インペラ３に送られる。高圧側インペラ３は、第２圧力から第２圧力よりも高い第３圧力まで第２流体を圧縮する。第３圧力まで圧縮された流体を第３流体と称する。圧縮機１は、第３流体を外部に提供する。

【0018】

低圧側インペラ２は、低圧側インペラブレードと、低圧側ハブ２Ｈと、を有する。低圧側インペラブレードは、圧縮機１に要求される性能に応じた三次元的な形状を有する。図１では、低圧側インペラブレードの詳細な形状の図示は省略する。低圧側ハブ２Ｈは、略円錐状の回転体である。低圧側ハブ２Ｈは、所定の曲線を回転軸線の回りに回転させて得られる曲面であって、低圧側インペラブレードが設けられるブレード配置面を有する。さらに、低圧側ハブ２Ｈは、円錐形状の底面に相当する低圧側ハブ背面２１を有する。低圧側ハブ背面２１には、連結シャフト４の第１端部４１が固定されている。さらに、低圧側ハブ２Ｈのブレード側には、支持シャフト６の端部が固定されている。連結シャフト４は、支持シャフト６と別の部品として扱ってよい。なお、連結シャフト４と支持シャフト６とは、一体のシャフトであってもよい。

【0019】

高圧側インペラ３も、基本的には低圧側インペラ２と同様の構成を有する。つまり、高圧側インペラ３は、高圧側インペラブレードと、高圧側ハブ３Ｈと、を有する。そして、高圧側ハブ３Ｈは、高圧側ハブ背面３１を有する。高圧側ハブ背面３１には、連結シャフト４の第２端部４２が固定されている。

【0020】

高圧側インペラ３に要求される圧縮能力は、低圧側インペラ２に要求される圧縮能力とは異なる。従って、高圧側ハブ３Ｈの直径は、低圧側ハブ２Ｈの直径とは異なることがある。また、高圧側インペラブレードの具体的な構成は、高圧側インペラブレードの詳細な構成と異なることもある。

【0021】

例えば、高圧側インペラ３は、流体からプレート５に向かう力ＦＨを受ける。低圧側インペラ２も同様に、流体からプレート５に向かう力ＦＬを受ける。高圧側インペラ３と低圧側インペラ２とは、連結シャフト４を介して一体とされている。従って、高圧側インペラ３、低圧側インペラ２及び連結シャフト４を含む一体物には、力ＦＨと力ＦＬとの差分が作用する。この場合において、力ＦＨの大きさと力ＦＬの大きさとが異なっていると、差分の力に応じた方向に一体物が押される。圧縮機１は、このような偏りを生じさせないために、力ＦＨの大きさと力ＦＬの大きさとが略同じとなるように構成されている。力ＦＨ、ＦＬの大きさは、流体の圧力とその圧力を受ける面積との積によって決まる。従って、圧力と面積との積が略同じとなるように、低圧側インペラ２の外径を、高圧側インペラ３の外径より大きく設定してもよい。

【0022】

本実施形態では、圧縮機１として、低圧側インペラ２及び高圧側インペラ３を備える２段圧縮機を例示する。しかし、圧縮機は、低圧側インペラ２を省略した１段圧縮機であってもよい。

【0023】

図２に示すように、低圧側ハブ背面２１は、インペラ凸部２１Ａと、ハブ背面外周部２１Ｂと、ハブ背面内周部２１Ｃと、を有する。インペラ凸部２１Ａは、低圧側ハブ背面２１から回転軸線ＡＸの方向に突出する。インペラ凸部２１Ａの形状は、回転軸線ＡＸを中心軸とする円環状である。低圧側ハブ背面２１において、インペラ凸部２１Ａからハブ外縁までの面は、ハブ背面外周部２１Ｂである。ハブ背面外周部２１Ｂの形状は、インペラ凸部２１Ａを囲む円環状である。低圧側ハブ背面２１において、インペラ凸部２１Ａの内側の面は、ハブ背面内周部２１Ｃである。ハブ背面内周部２１Ｃの形状は、インペラ凸部２１Ａに囲まれた円環状である。

【0024】

インペラ凸部２１Ａは、凸部外側壁面２１１と、凸部端面２１２と、凸部内側壁面２１３と、を有する。インペラ凸部２１Ａの高さは、ハブ背面外周部２１Ｂ又はハブ背面内周部２１Ｃから、凸部端面２１２までの距離として定義できる。インペラ凸部２１Ａの高さは、プレート５の厚みよりも小さい。

【0025】

プレート５は、低圧側インペラ２が配置される領域と、高圧側インペラ３が配置される領域と、を仕切る。プレート５は、低圧側プレート主面５Ａと、高圧側プレート主面５Ｂと、を有する。低圧側プレート主面５Ａは、低圧側インペラ２の低圧側ハブ背面２１に面する。高圧側プレート主面５Ｂは、高圧側インペラ３の高圧側ハブ背面３１に面する。

【0026】

プレート５は、シャフト貫通穴５Ｈを有する。シャフト貫通穴５Ｈには、連結シャフト４が挿通される。シャフト貫通穴５Ｈの内径は、連結シャフト４の外径よりわずかに大きい。つまり、シャフト貫通穴５Ｈの内周面５Ｈ１と連結シャフト４の外周面４Ｓとの間には、隙間が形成される。この隙間は、高圧側インペラ３側から低圧側インペラ２側への流体の経路（第２経路Ｒ２）である。そこで、この経路上に、シャフトラビリンスシール７を設ける。

【0027】

シャフトラビリンスシール７は、複数のシール突起７１、７１Ｓによって形成される。複数のシール突起７１、７１Ｓは、円環状である。複数のシール突起７１、７１Ｓは、シャフト貫通穴５Ｈの内周面５Ｈ１に配置されている。複数のシール突起７１、７１Ｓは、回転軸線ＡＸの方向に沿って、所定の間隔を設けて固定されている。そうすると、経路は、シール突起７１の突起先端面７１１と連結シャフト４の外周面４Ｓとの間の隙間と、シャフト貫通穴５Ｈの内周面５Ｈ１と連結シャフト４の外周面４Ｓとの間の隙間とが、交互に配置された構成を有する。

【0028】

シール突起７１の突起先端面７１１と連結シャフト４の外周面４Ｓとの間の隙間は、シャフト貫通穴５Ｈの内周面５Ｈ１と連結シャフト４の外周面４Ｓとの間の隙間より狭い。これらの隙間は、流路断面積の相違をもたらす。つまり、シール突起７１の突起先端面７１１と連結シャフト４の外周面４Ｓとの間の流路断面積は、シャフト貫通穴５Ｈの内周面５Ｈ１と連結シャフト４の外周面４Ｓとの間の流路断面積より狭い。流路断面積が異なる構造が交互に配置されることによって、流体の圧力損失が発生する。その結果、シール効果が発揮される。

【0029】

なお、シャフトラビリンスシール７のシール性能に影響を及ぼす流路断面として、入口流路断面７Ｓを挙げる。入口流路断面７Ｓは、高圧側プレート主面５Ｂ側に配置されたシール突起７１Ｓによって規定される流路の断面である。入口流路断面７Ｓは、回転軸線ＡＸから、シャフト貫通穴５Ｈの内周面５Ｈ１までの距離によって規定される仮想的な円と、回転軸線ＡＸから連結シャフト４の外周面４Ｓまでの距離によって規定される仮想的な円と、の差分として定義できる。なお、入口流路断面７Ｓは、回転軸線ＡＸからシール突起７１Ｓの突起先端面７１１までの距離によって規定される仮想的な円と、回転軸線ＡＸから連結シャフト４の外周面４Ｓまでの距離によって規定される仮想的な円と、の差分として定義してもよい。

【0030】

プレート５は、さらに、低圧側プレート主面５Ａに設けられたプレート凹部５１を有する。プレート凹部５１は、低圧側インペラ２のインペラ凸部２１Ａを受け入れる。従って、プレート凹部５１も回転軸線ＡＸの方向からみて、回転軸線ＡＸと同心である円環状である。

【0031】

低圧側プレート主面５Ａにおいて、プレート凹部５１より外側の領域は、低圧側プレート主面外周部５１Ａである。低圧側プレート主面５Ａにおいて、プレート凹部５１より内側の領域は、低圧側プレート主面内周部５１Ｂである。低圧側プレート主面内周部５１Ｂには、シャフト貫通穴５Ｈが設けられている。

【0032】

プレート凹部５１は、凹部内側壁面５１１と、凹部外側壁面５１２と、凹部底面５１３と、を有する。プレート凹部５１は、所定の隙間が形成されるようにインペラ凸部２１Ａを受け入れる。より詳細には、凹部内側壁面５１１と凸部内側壁面２１３との間に隙間が形成される。つまり、凹部内側壁面５１１は、凸部内側壁面２１３と接触しない。この隙間は、高圧側インペラ３側から低圧側インペラ２側への流体の経路（第４経路Ｒ４）である。そこで、この経路上には、高圧側プレートラビリンスシール８を設ける。

【0033】

凹部底面５１３と凸部端面２１２との間にも隙間が形成される。凹部底面５１３は、凸部端面２１２と接触しない。この隙間は、高圧側インペラ３側から低圧側インペラ２側への流体の経路（第５経路Ｒ５）である。

【0034】

凹部外側壁面５１２と凸部外側壁面２１１との間にも隙間が形成される。凹部外側壁面５１２は、凸部外側壁面２１１と接触しない。この隙間は、高圧側インペラ３側から低圧側インペラ２側への流体の経路（第６経路Ｒ６）である。この経路上には、低圧側プレートラビリンスシール９を設ける。

【0035】

高圧側プレートラビリンスシール８は、複数のシール突起８１によって形成される。複数のシール突起８１は、凹部内側壁面５１１に固定されている。なお、複数のシール突起８１は、凸部内側壁面２１３に設けられてもよい。さらに、複数のシール突起８１は、凹部内側壁面５１１及び凸部内側壁面２１３の両方に設けられてもよい。

【0036】

複数のシール突起８１は、回転軸線ＡＸの方向に沿って、所定の間隔を設けて配置されている。そうすると、第４経路Ｒ４は、シール突起８１の突起先端面８１１と凸部内側壁面２１３との間の隙間と、凹部内側壁面５１１と凸部内側壁面２１３との間の隙間とが、交互に配置された構成を有する。シール突起８１の突起先端面８１１と凸部内側壁面２１３との間の隙間は、凹部内側壁面５１１と凸部内側壁面２１３との間の隙間より狭い。従って、シール突起８１の突起先端面８１１と凸部内側壁面２１３との間の流路断面積は、凹部内側壁面５１１と凸部内側壁面２１３との間の流路断面積より狭い。その結果、流路断面積が異なる構造が交互に配置されることになり、流体の圧力損失が発生する。よって、高圧側プレートラビリンスシール８は、シール効果を発揮することができる。

【0037】

低圧側プレートラビリンスシール９も、複数のシール突起９１、９１Ｓによって形成される。複数のシール突起９１、９１Ｓは、凹部外側壁面５１２に配置されている。複数のシール突起９１、９１Ｓは、凸部外側壁面２１１に配置されてもよい。複数のシール突起９１、９１Ｓは、凹部外側壁面５１２及び凸部外側壁面２１１の両方に配置されてもよい。

【0038】

複数のシール突起９１、９１Ｓは、回転軸線ＡＸの方向に沿って、所定の間隔を設けて固定されている。そうすると、経路は、シール突起９１の突起先端面９１１と凸部外側壁面２１１との間の隙間と、凹部外側壁面５１２と凸部外側壁面２１１との間の隙間とが、交互に配置された構成を有する。シール突起９１の突起先端面９１１と凸部外側壁面２１１との間の隙間は、凹部外側壁面５１２と凸部外側壁面２１１との間の隙間より狭い。従って、シール突起９１の突起先端面９１１と凸部外側壁面２１１との間の流路断面積は、凹部外側壁面５１２と凸部外側壁面２１１との間の流路断面積より狭い。その結果、流路断面積が異なる構造が交互に配置されることになり、流体の圧力損失が発生する。よって、低圧側プレートラビリンスシール９も、シール効果を発揮することができる。

【0039】

なお、低圧側プレートラビリンスシール９のシール性能に影響を及ぼす流路断面として、出口流路断面９Ｓを挙げる。出口流路断面９Ｓは、回転軸線ＡＸから凹部外側壁面５１２までの距離によって規定される仮想的な円と、回転軸線ＡＸから凸部外側壁面２１１までの距離によって規定される仮想的な円と、の差分として定義できる。なお、出口流路断面９Ｓは、回転軸線ＡＸからシール突起９１Ｓの突起先端面９１１までの距離によって規定される仮想的な円と、回転軸線ＡＸから凸部外側壁面２１１までの距離によって規定される仮想的な円と、の差分として定義してもよい。

【0040】

前述した入口流路断面７Ｓの直径は、明らかに出口流路断面９Ｓの直径よりも小さい。従って、入口流路断面７Ｓの面積は、出口流路断面９Ｓの面積よりも小さい。

【0041】

上述したように、圧縮機１は、シャフトラビリンスシール７と、高圧側プレートラビリンスシール８と、低圧側プレートラビリンスシール９と、を有する。これらのシール構造を、高圧側インペラ３が配置された領域Ｓ１から、低圧側インペラ２が配置された領域Ｓ２に至る経路の視点から説明する。

【0042】

まず、高圧側インペラ３が配置された領域から、低圧側インペラ２が配置された領域に至る経路は、例えば、第１経路Ｒ１、第２経路Ｒ２、第３経路Ｒ３、第４経路Ｒ４、第５経路Ｒ５、第６経路Ｒ６及び第７経路Ｒ７から構成されると捉えることができる。

【0043】

第１経路Ｒ１は、高圧側ハブ背面３１と高圧側プレート主面５Ｂとの間の領域である。第２経路Ｒ２は、シャフト貫通穴５Ｈの内周面５Ｈ１と連結シャフト４の外周面４Ｓとの間の領域である。つまり、第２経路Ｒ２は、連結シャフト４とプレート５との間に形成される第２隙間流路Ｆ２に対応する。第３経路Ｒ３は、ハブ背面内周部２１Ｃと低圧側プレート主面内周部５１Ｂとの間の領域である。第４経路Ｒ４は、凸部内側壁面２１３と凹部内側壁面５１１との間の領域である。第５経路Ｒ５は、凸部端面２１２と、凹部底面５１３との間の領域である。第６経路Ｒ６は、凸部外側壁面２１１と凹部外側壁面５１２との間の領域である。第７経路Ｒ７は、低圧側ハブ背面２１と低圧側プレート主面外周部５１Ａとの間の領域である。つまり、第３経路Ｒ３、第４経路Ｒ４、第５経路Ｒ５、第６経路Ｒ６及び第７経路Ｒ７は、低圧側インペラ２と、プレート５との間に形成される第１隙間流路Ｆ１に対応する。

【0044】

従って、第２隙間流路Ｆ２の長さは、実質的には、プレート５の厚みによって規定される。一方、第１隙間流路Ｆ１の長さは、第３経路Ｒ３、第４経路Ｒ４、第５経路Ｒ５、第６経路Ｒ６及び第７経路Ｒ７の合計長さによって規定される。プレート凹部５１は、いわゆる止まり穴であるから、第４経路Ｒ４及び第６経路Ｒ６のそれぞれの長さは、プレート凹部５１の深さによって規定される。第４経路Ｒ４及び第６経路Ｒ６のそれぞれの長さは、プレート５の厚み、つまり、第２隙間流路Ｆ２の長さより短い。しかし、第１隙間流路Ｆ１は、第４経路Ｒ４及び第６経路Ｒ６によって形成される。従って、これらを含んで構成される第１隙間流路Ｆ１の長さは、第２隙間流路Ｆ２の長さよりも長い。

【0045】

流体は、高圧側から低圧側に移動しようとする。従って、流体は、第１経路Ｒ１、第２経路Ｒ２、第３経路Ｒ３、第４経路Ｒ４、第５経路Ｒ５、第６経路Ｒ６及び第７経路Ｒ７の順に移動しようとする。

【0046】

そして、第２隙間流路Ｆ２である第２経路Ｒ２には、シャフトラビリンスシール７が設けられている。つまり、第２隙間流路Ｆ２には３つのシール突起７１が配置されている。

【0047】

第１隙間流路Ｆ１を構成する第４経路Ｒ４には、高圧側プレートラビリンスシール８が設けられている。さらに、第１隙間流路Ｆ１を構成する第６経路Ｒ６には、低圧側プレートラビリンスシール９が設けられている。つまり、第１隙間流路Ｆ１には６つのシール突起８１、９１が配置されている。シール性能は、流路の構成が複雑になるほど高まる。換言すると、流路上に設けられたシール突起７１、８１、９１の数が増えるほど、シール性能が高まる。つまり、実施形態の圧縮機１は、所定の厚みを有するプレート５を備えながら、その厚みの制限を受けるシャフトラビリンスシール７のシール性能よりも高いシール性能を、高圧側プレートラビリンスシール８及び低圧側プレートラビリンスシール９によって得ることができる。

【0048】

なお、ラビリンスシールのシール性能は、流路断面積の影響を受ける。例えば、連結シャフト４がプレート５に対して回転軸線ＡＸの方向にわずかに動いた場合を想定する。連結シャフト４が回転軸線ＡＸの方向に動いたとしても、シール突起７１の突起先端面７１１と連結シャフト４の外周面４Ｓとの間の隙間の大きさは変化しない。また、シャフト貫通穴５Ｈの内周面５Ｈ１と連結シャフト４の外周面４Ｓとの間の隙間の大きさも変化しない。従って、連結シャフト４が回転軸線ＡＸの方向に動いたとしても、シャフトラビリンスシール７のシール性能は、影響を受けない。

【0049】

同様に、低圧側インペラ２がプレート５から離間する方向にわずかに動いた場合を想定する。低圧側インペラ２がプレート５から離間する方向に移動した場合であっても、シール突起８１の突起先端面８１１と凸部内側壁面２１３との隙間の大きさは変化しない。従って、低圧側インペラ２がプレート５から離間する方向に動いたとしても、高圧側プレートラビリンスシール８のシール性能は、影響を受けない。同様に、シール突起９１の突起先端面９１１と凸部外側壁面２１１との隙間の大きさも変化しない。従って、低圧側インペラ２がプレート５から離間する方向に動いたとしても、低圧側プレートラビリンスシール９のシール性能も、影響を受けない。

【0050】

なお、仮に、第５経路Ｒ５にラビリンスシールを設けた場合には、低圧側インペラ２がプレート５から離間する方向に動くと、シール突起によって形成される隙間が大きくなってしまう。つまり、低圧側インペラ２がプレート５から離間する方向に動いた場合には、第５経路Ｒ５に設けられたラビリンスシールのシール性能が影響を受ける可能性がある。

【0051】

上述したシール構造を有するプレート５は、図３に示すように、３つの部品の組み合わせによって構成されてもよい。プレート５は、プレート本体５２と、プレート中間円板５３と、プレート内周筒５４と、を有する。

【0052】

プレート本体５２は、高圧側プレート主面５Ｂの一部５Ｂ２と、低圧側プレート主面外周部５１Ａと、本体貫通穴５２Ｈと、を含む。本体貫通穴５２Ｈの内周面の一部は、凹部外側壁面５１２である。従って、本体貫通穴５２Ｈの内周面には、低圧側プレートラビリンスシール９のためのシール突起９１が設けられている。本体貫通穴５２Ｈの内周面の別の部分には、プレート中間円板５３が固定される。プレート中間円板５３は、高圧側プレート主面５Ｂの一部５Ｂ３と、凹部底面５１３と、を含む。

【0053】

プレート内周筒５４は、プレート中間円板５３の貫通穴５３Ｈの内周面に固定される。プレート内周筒５４は、凹部内側壁面５１１と、低圧側プレート主面内周部５１Ｂと、シャフト貫通穴５Ｈと、高圧側プレート主面５Ｂの一部５Ｂ４と、を含む。従って、プレート内周筒５４の外周面には、高圧側プレートラビリンスシール８のためのシール突起８１が設けられている。さらに、プレート内周筒５４のシャフト貫通穴５Ｈの内周面には、シャフトラビリンスシール７のためのシール突起７１が設けられている。

【0054】

プレート５を上記の３つの部品によって構成することによれば、３つのシール構造を有するプレート５を容易に製造することができる。

【0055】

＜作用効果＞
圧縮機１は、低圧側インペラ２と、低圧側インペラ２が取り付けられた連結シャフト４と、連結シャフト４が挿通されるシャフト貫通穴５Ｈを有するプレート５と、を備える。低圧側インペラ２の低圧側ハブ背面２１とプレート５の低圧側プレート主面５Ａとは互いに対面する。低圧側インペラ２の低圧側ハブ背面２１にはインペラ凸部２１Ａが設けられる。プレート５の低圧側プレート主面５Ａには、プレート凹部５１が設けられる。低圧側インペラ２とプレート５との間には、インペラ凸部２１Ａ及びプレート凹部５１によって形成される流路部を含む第１隙間流路Ｆ１が設けられる。第１隙間流路Ｆ１には、高圧側プレートラビリンスシール８及び低圧側プレートラビリンスシール９が設けられる。

【0056】

圧縮機１の低圧側インペラ２とプレート５との間には、インペラ凸部２１Ａ及びプレート凹部５１によって形成される流路部（第４経路Ｒ４、第６経路Ｒ６）を含む第１隙間流路Ｆ１が存在する。インペラ凸部２１Ａ及びプレート凹部５１によって形成される流路部を含む第１隙間流路Ｆ１の長さは、インペラ凸部２１Ａ及びプレート凹部５１によって形成される流路部を含まない流路と比べると、流路長さが長い。そうすると、流路長さの長い第１隙間流路Ｆ１に、高圧側プレートラビリンスシール８及び低圧側プレートラビリンスシール９を設けることによって、低圧側インペラ２とプレート５の間におけるシール性能を高めることができる。その結果、プレート５と連結シャフト４との間におけるシャフトラビリンスシール７のシール性能の一部又は全部を第１隙間流路Ｆ１に設けた高圧側プレートラビリンスシール８及び低圧側プレートラビリンスシール９によって負担することが可能になる。従って、所望のシール性能を得るために、プレート５の厚みを大きくする必要がない。つまり、求められるシール性能によって低圧側インペラ２が取り付けられた連結シャフト４の長さが決まることがなく、高い回転数にも対応できる連結構造を採用できる。その結果、所望のシール性能と所望の回転数とを満たすことができるので、圧縮機１は、所望の圧縮能力を得ることができる。

【0057】

圧縮機１のインペラ凸部２１Ａは、連結シャフト４の回転軸線ＡＸに交差する凸部周面（凸部外側壁面２１１、凸部内側壁面２１３）を有する。プレート凹部５１は、凸部周面に向く凹部周面（凹部内側壁面５１１、凹部外側壁面５１２）を有する。凸部周面及び凹部周面の少なくとも一方には、第１ラビリンスシールのためのシール突起が設けられる。この構造によっても、シール性能を向上させることができる。

【0058】

第２隙間流路Ｆ２の入口流路断面７Ｓの面積は、第１隙間流路Ｆ１の出口流路断面９Ｓの面積よりも、小さい。

【0059】

圧縮機１の第２隙間流路Ｆ２には、シャフトラビリンスシール７が設けられる。この構成によれば、シール性能をさらに向上することができる。

【0060】

上記の圧縮機１のプレート５は、シャフト貫通穴５Ｈが設けられたプレート内周筒５４と、プレート内周筒５４を収容する本体貫通穴５２Ｈが設けられたプレート本体５２と、プレート内周筒５４の外周面と本体貫通穴５２Ｈの内周面との間に配置されたプレート中間円板５３と、を有する。この構成によれば、高圧側プレートラビリンスシール８及び低圧側プレートラビリンスシール９を構成するプレート５を容易に組み立てることができる。

【0061】

＜変形例＞
本発明の圧縮機は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【0062】

例えば、第１経路Ｒ１に第３のラビリンスシールが設けられてもよい。第３のラビリンスシールによれば、シール性能をさらに向上させることができる。

【0063】

インペラ凸部２１Ａ及びプレート凹部５１の形状は、円環状でなくてもよい。インペラ凸部２１Ａ及びプレート凹部５１の形状は、例えば、三角柱状又は半円柱状などの他の形状をなしていてもよい。

【0064】

〔付記〕
本開示は、以下の構成を含む。

【0065】

本開示は、［１］「インペラと、
前記インペラが取り付けられたシャフトと、
前記シャフトが挿通されるシャフト貫通穴を有するプレートと、を備え、
前記インペラの背面と前記プレートの主面とは互いに対面し、
前記インペラの背面及び前記プレートの主面の一方には、前記インペラの背面及び前記プレートの主面の対面する方向に延びる凸部が設けられ、
前記インペラの背面及び前記プレートの主面の他方には、前記凸部を収容する凹部が設けられ、
前記インペラと前記プレートとの間には、前記凸部及び前記凹部によって形成される流路部を含む第１隙間流路が形成され、
前記第１隙間流路には第１ラビリンスシールが設けられる、圧縮機。」である。

【0066】

本開示は、［２］「前記凸部は、前記インペラの背面に設けられたインペラ凸部であり、
前記凹部は、前記プレートの主面に設けられたプレート凹部である、上記［１］に記載の圧縮機。」である。

【0067】

本開示は、［３］「前記インペラ凸部は、前記シャフトの回転軸線に交差する凸部周面を有し、
前記プレート凹部は、前記凸部周面に向く凹部周面を有し、
前記凸部周面及び前記凹部周面の少なくとも一方には、前記第１ラビリンスシールのためのシール突起が設けられている、上記［２］に記載の圧縮機。」である。

【0068】

本開示は、［４］「前記シャフトと前記シャフト貫通穴との間には第２隙間流路が形成され、前記第２隙間流路の入口における流路断面の面積は、前記第１隙間流路の出口における流路断面の面積よりも、小さい、上記［１］～［３］の何れか一項に記載の圧縮機。」である。

【0069】

本開示は、［５］「前記シャフトと前記シャフト貫通穴との間には第２隙間流路が形成され、前記第２隙間流路には、第２ラビリンスシールが設けられる、上記［１］～［４］の何れか一項に記載の圧縮機。」である。

【0070】

本開示は、［６］「前記プレートは、
前記シャフト貫通穴が設けられたプレート内周筒と、
前記プレート内周筒を収容する本体貫通穴が設けられたプレート本体と、
前記プレート内周筒の外周面と前記本体貫通穴の内周面との間に配置されたプレート中間円板と、を有する、上記［１］～［５］の何れか一項に記載の圧縮機。」である。

【符号の説明】

【0071】

１ 圧縮機
２ 低圧側インペラ（第１インペラ）
３ 高圧側インペラ（第２インペラ）
４Ｓ 外周面
５ プレート
５Ｈ シャフト貫通穴
２１Ａ インペラ凸部
４１ 第１端部
４２ 第２端部
５１ プレート凹部
５３ プレート中間円板
５４ プレート内周筒
７１，８１，９１ シール突起
ＡＸ 回転軸線
Ｆ１ 第１隙間流路
Ｆ２ 第２隙間流路

【図1】

【図2】

【図3】