特許 7220208 コンパクトな可変形状ディフューザ機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-01

(45)【発行日】2023-02-09

(54)【発明の名称】コンパクトな可変形状ディフューザ機構

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/46 20060101AFI20230202BHJP

【ＦＩ】

F04D29/46 F

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2020517099

(86)(22)【出願日】2018-09-21

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-12-03

(86)【国際出願番号】 US2018052254

(87)【国際公開番号】W WO2019060751

(87)【国際公開日】2019-03-28

【審査請求日】2021-08-30

(31)【優先権主張番号】62/562,682

(32)【優先日】2017-09-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】518010511

【氏名又は名称】ジョンソン コントロールズ テクノロジー カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(72)【発明者】

【氏名】スタイナー、 ジョーダン キュー．

(72)【発明者】

【氏名】スネル、 ポール ダブリュー．

【審査官】岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０３１８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－３１０６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１７４３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２６０９８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００９６６６３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ ２９／４４ － ２０／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

遠心圧縮機用のディフューザシステムであって、
ハウジングの対向する内面と協働してディフューザ間隙を画定するノズルベースプレートであって、前記ノズルベースプレートの表面は、前記ディフューザ間隙に隣接する溝を有するノズルベースプレートと、
前記ディフューザ間隙の反対側の前記ノズルベースプレートの裏面から延在する複数の支持ブロックと、
アクチュエータによって前記複数の支持ブロックに対して第１の位置と第２の位置の間で回転可能な駆動リングであって、前記駆動リングの外周面に近接して配置された複数の第１のカムトラック、複数の第２のカムトラック、及び複数の支持部アセンブリを備える駆動リングと、
複数の駆動ピンであって、各駆動ピンが、対応する支持ブロック及び前記ノズルベースプレートを通って延び、各駆動ピンの第１の端部が、前記駆動リングの前記複数の第１のカムトラックの１つに取り付けられたカムフォロアを含み、各駆動ピンの第２の端部が、前記ノズルベースプレートを通って、前記ノズルベースプレートの前記表面の前記溝の中に延びる、複数の駆動ピンと、
各駆動ピンの前記第２の端部に結合され、前記ノズルベースプレートの前記溝の中に延びるディフューザリングと
を備えるディフューザシステム。

【請求項2】

前記複数の支持部アセンブリが軸方向支持部アセンブリ及び半径方向支持部アセンブリを備える、請求項１に記載のディフューザシステム。

【請求項3】

前記半径方向支持部アセンブリが、前記駆動リングの前記外周面と接触するローラ部材を備え、前記ローラ部材は前記駆動リングが回転するときに前記駆動リングの半径方向の移動に抵抗するように構成される、請求項２に記載のディフューザシステム。

【請求項4】

前記半径方向支持部アセンブリ及び前記軸方向支持部アセンブリが、前記複数の支持ブロックのうちの第１の支持ブロックに結合され、前記複数の駆動ピンのうちの１つの駆動ピンが、前記複数の支持ブロックのうちの第２の支持ブロックの中に延びる、請求項２に記載のディフューザシステム。

【請求項5】

前記軸方向支持部アセンブリが、前記駆動リングの前記複数の第２のカムトラックの１つに取り付けられた支持部材を備え、前記支持部材は前記駆動リングが回転するときに前記駆動リングの軸方向の移動に抵抗するように構成される、請求項２に記載のディフューザシステム。

【請求項6】

前記複数の第２のカムトラックのそれぞれが、前記駆動リングの上面及び底面と実質的に平行である、請求項１に記載のディフューザシステム。

【請求項7】

前記複数の第１のカムトラックのそれぞれが、前記駆動リングの前記上面及び前記底面に対して傾斜している、請求項６に記載のディフューザシステム。

【請求項8】

前記駆動リングの前記第２の位置が、前記ディフューザ間隙を完全に閉鎖し、前記ディフューザ間隙を通過する流体の流れを阻止するように構成される、請求項１に記載のディフューザシステム。

【請求項9】

流体を圧縮するための可変容量型遠心圧縮機用のシステムであって、
ハウジングと、
入口を通して導入された流体を圧縮するために前記ハウジングに回転可能に取り付けられたインペラと、
前記ハウジングに取り付けられ、前記インペラを出る流体の流れを安定させるように構成されたディフューザシステムと
を備え、前記ディフューザシステムは、
前記ハウジングの対向する内面と協働してディフューザ間隙を画定するノズルベースプレートであって、前記ノズルベースプレートの表面は、前記ディフューザ間隙に隣接する溝を有するノズルベースプレートと、
前記ディフューザ間隙の反対側の前記ノズルベースプレートの裏面に配置された複数の支持ブロックと、
アクチュエータによって前記複数の支持ブロックに対して第１の位置と第２の位置の間で回転可能な駆動リングであって、前記駆動リングの外周面に近接して配置された複数の第１のカムトラック、複数の第２のカムトラック、及び複数の支持部アセンブリを備える駆動リングと、
複数の駆動ピンであって、各駆動ピンが、対応する支持ブロック及び前記ノズルベースプレートを通って延び、各駆動ピンの第１の端部が、前記駆動リングの前記複数の第１のカムトラックの１つに取り付けられたカムフォロアを含み、各駆動ピンの第２の端部が、前記ノズルベースプレートを通って、前記ノズルベースプレートの前記表面の前記溝の中に延びる、複数の駆動ピンと、
各駆動ピンの前記第２の端部に結合され、前記ノズルベースプレートの前記溝の中に延びるディフューザリングと
を備え、
前記駆動リングが前記第１の位置と前記第２の位置の間で回転すると、前記複数の第１のカムトラック内の前記カムフォロアの移動により前記複数の駆動ピンが軸方向に移動し、これにより前記ディフューザリングが第１のディフューザリング位置と第２のディフューザリング位置の間で移動し、前記ディフューザ間隙を通る流体の流れを制御する、システム。

【請求項10】

前記複数の支持部アセンブリが軸方向支持部アセンブリ及び半径方向支持部アセンブリを備える、請求項９に記載のシステム。

【請求項11】

前記半径方向支持部アセンブリが、前記駆動リングの前記外周面と接触するローラ部材を備え、前記ローラ部材は前記駆動リングが回転するときに前記駆動リングの半径方向の移動に抵抗するように構成される、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記半径方向支持部アセンブリ及び前記軸方向支持部アセンブリが、前記複数の支持ブロックのうちの第１の支持ブロックに結合され、前記複数の駆動ピンのうちの１つの駆動ピンが、前記複数の支持ブロックのうちの第２の支持ブロックの中に延びる、請求項１０に記載のシステム。

【請求項13】

前記軸方向支持部アセンブリが、前記駆動リングの前記複数の第２のカムトラックの１つに取り付けられた支持部材を備え、前記支持部材は前記駆動リングが回転するときに前記駆動リングの軸方向の移動に抵抗するように構成される、請求項１０に記載のシステム。

【請求項14】

前記駆動リングの前記第２の位置が、前記ディフューザ間隙を完全に閉鎖し、前記インペラを出る流体の前記流れが前記ディフューザ間隙を通って流れることを阻止するように構成される、請求項９に記載のシステム。

【請求項15】

前記インペラが高比速度インペラである、請求項９に記載のシステム。

【請求項16】

前記流体が冷媒である、請求項９に記載のシステム。

【請求項17】

前記冷媒がＲ１２３３ｚｄである、請求項１６に記載のシステム。

【請求項18】

遠心圧縮機用のディフューザシステムであって、
対向する内面と協働してディフューザ間隙を画定するノズルベースプレートと、
前記ディフューザ間隙の反対側の前記ノズルベースプレートの裏面から延在する複数の支持ブロックと、
アクチュエータによって前記複数の支持ブロックに対して第１の位置と第２の位置の間で回転可能な駆動リングであって、前記駆動リングの外周面に近接して配置された複数の第１のカムトラック、及び複数の第２のカムトラックを備える駆動リングと、
前記駆動リングの前記外周面に近接して配置され、前記駆動リングの半径方向及び軸方向の両方の移動に抵抗するように構成された複数の支持部アセンブリと、
複数の駆動ピンであって、各駆動ピンが、対応する支持ブロック及び前記ノズルベースプレートを通って延び、各駆動ピンの第１の端部が、前記駆動リングの前記複数の第１のカムトラックの１つに取り付けられたカムフォロアを含み、各駆動ピンの第２の端部が、前記ノズルベースプレートを通って延びる、複数の駆動ピンと、
各駆動ピンの前記第２の端部に結合されたディフューザリングと
を備えるディフューザシステム。

【請求項19】

前記複数の支持部アセンブリが、Ｖ溝支持部アセンブリを備え、前記Ｖ溝支持部アセンブリが、
Ｖ字形に延びる２つのフランジを備える外側リングと、
内側リングであって、前記内側リングに対して前記外側リングが回転することを許容するように構成された内側リングと
を備える、請求項１８に記載のディフューザシステム。

【請求項20】

前記駆動リングが、互いに直角に位置するベース部分及び延長部分を備え、前記延長部分は前記外側リングの前記２つのフランジと接触するように構成される、請求項１９に記載のディフューザシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年９月２５日に出願された米国仮特許出願第６２／５６２，６８２号の利益及びそれに付与された優先権を主張するものであり、前記仮特許出願の全開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

建物は、暖房、換気、及び空調（ＨＶＡＣ）システムを含んでいる場合がある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

本開示の１つの実装形態は、遠心圧縮機用のディフューザシステムである。ディフューザシステムは、ディフューザ間隙を画定するノズルベースプレート、支持ブロック、及び支持ブロックに対して回転可能な駆動リングを含む。駆動リングは、カムトラック及び駆動リングの外周に近接して配置された支持部アセンブリを含む。ディフューザシステムは、支持ブロック及びノズルベースプレートを通って延びる駆動ピンをさらに含む。各駆動ピンの第１の端部は、駆動リングのカムトラックに取り付けられたカムフォロアを含む。各駆動ピンの第２の端部は、ディフューザリングに結合されている。駆動リングが回転すると、カムトラック内のカムフォロアの移動により駆動ピンが軸方向に移動する。この結果、ディフューザリングが移動し、ディフューザ間隙を通る流体の流れを制御する。

【0004】

支持部アセンブリは、軸方向支持部アセンブリ及び半径方向支持部アセンブリを含み得る。半径方向支持部アセンブリは、駆動リングの外周面と接触するローラ部材を含み得る。ローラ部材は、駆動リングが回転するとき、駆動リングの半径方向の動きに抵抗し得る。駆動は、カムトラックの第２の組を含み得る。軸方向支持部アセンブリは、カムトラックの第２の組の１つに取り付けられた支持部材を含み得る。支持部材は、駆動リングが回転するときに、駆動リングの軸方向の動きに抵抗し得る。カムトラックの第２の組は、駆動リングの上面及び底面に平行であり得る。カムトラックの他の組は、駆動リングの上面及び底面に対して傾斜していてもよい。ディフューザリングの第２の位置は、ディフューザ間隙を完全に閉鎖し得、ディフューザ間隙を通る流体の流れを防止し得る。

【0005】

本開示の別の実装形態は、流体を圧縮するための可変容量型遠心圧縮機のためのシステムである。システムは、ハウジング、入口を通して導入された流体を圧縮するためにハウジングに回転可能に取り付けられたインペラ、及びハウジングに取り付けられ、インペラを出る流体の流れを安定させるように構成されたディフューザシステムを含む。ディフューザシステムは、ディフューザ間隙を画定するノズルベースプレート、支持ブロック、及び支持ブロックに対して回転可能な駆動リングを含む。駆動リングは、カムトラック及び駆動リングの外周に近接して配置された支持部アセンブリを含む。ディフューザシステムは、支持ブロック及びノズルベースプレートを通って延びる駆動ピンをさらに含む。各駆動ピンの第１の端部は、駆動リングのカムトラックに取り付けられたカムフォロアを含む。各駆動ピンの第２の端部は、ディフューザリングに結合されている。駆動リングが回転すると、カムトラック内のカムフォロアの移動により駆動ピンが軸方向に移動する。この結果、ディフューザリングが移動し、ディフューザ間隙を通る流体の流れを制御する。

【0006】

支持部アセンブリは、軸方向支持部アセンブリ及び半径方向支持部アセンブリを含み得る。半径方向支持部アセンブリは、駆動リングの外周面と接触するローラ部材を含み得る。ローラ部材は、駆動リングが回転するとき、駆動リングの半径方向の動きに抵抗し得る。駆動は、カムトラックの第２の組を含み得る。軸方向支持部アセンブリは、カムトラックの第２の組の１つに取り付けられた支持部材を含み得る。支持部材は、駆動リングが回転するときに、駆動リングの軸方向の動きに抵抗し得る。ディフューザリングの第２の位置は、ディフューザ間隙を完全に閉鎖し得、ディフューザ間隙を通る流体の流れを防止し得る。インペラは、高比速度インペラであり得る。流体は冷媒であり得る。冷媒はＲ１２３３ｚｄであり得る。

【0007】

本開示のさらに別の実装形態は、遠心圧縮機のためのディフューザシステムである。ディフューザシステムは、対向する内面と協働してディフューザ間隙を画定するノズルベースプレート、支持ブロック、及び支持ブロックに対して回転可能な駆動リングを含む。駆動リングはカムトラックを含む。ディフューザシステムは、駆動リングの外周面上に配置され、半径方向及び軸方向の両方における駆動リングの移動に抵抗する支持部アセンブリをさらに含む。ディフューザシステムは、支持ブロック及びノズルベースプレートを通って延びる駆動ピンをさらに含む。各駆動ピンの第１の端部は、駆動リングのカムトラックに取り付けられたカムフォロアを含む。各駆動ピンの第２の端部は、ディフューザリングに結合されている。

【0008】

支持部アセンブリは、外側リング及び内側リングを有するＶ溝支持部アセンブリを含み得る。外側リングは、Ｖ字形に延びる２つのフランジを含む。内側リングは、内側リングに対する外側リングの回転を許容する。駆動リングは、互いに直角に位置するベース部分及び延長部分を含み得る。延長部分は、外側リングの２つのフランジと接触し得る。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】いくつかの実施形態による、チラーアセンブリの斜視図である。

【0010】

【図2】いくつかの実施形態による、図１のチラーアセンブリの立面図である。

【0011】

【図3】いくつかの実施形態による、図１のチラーアセンブリで使用され得る圧縮機及びモータアセンブリの斜視図である。

【0012】

【図4】いくつかの実施形態による、遠心圧縮機で使用される可変形状ディフューザ（ＶＧＤ）の断面図である。

【0013】

【図5】いくつかの実施形態による、図３のＶＧＤのノズルベースプレート及び駆動リングサブアセンブリの斜視図である。

【0014】

【図6】いくつかの実施形態による、図５のノズルベースプレート及び駆動リングサブアセンブリの斜視図である。

【0015】

【図7】いくつかの実施形態による、図５のノズルベースプレート及び駆動リングサブアセンブリの詳細図である。

【0016】

【図8】いくつかの実施形態による、非コンパクト設計ＶＧＤの詳細図である。

【0017】

【図9】いくつかの実施形態による、コンパクト設計ＶＧＤの詳細図である。

【0018】

【図10】いくつかの実施形態による、図９のコンパクト設計ＶＧＤで使用される駆動リングの立面図である。

【0019】

【図11】いくつかの実施形態による、Ｖ溝カムフォロア支持部の斜視図である。

【0020】

【図12】いくつかの実施形態による、Ｖ溝カムフォロア支持部及び駆動リングアセンブリの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

全体的に図を参照すると、チラーアセンブリの遠心圧縮機のインペラで使用するためのコンパクトな可変形状ディフューザ（ＶＧＤ：ｖａｒｉａｂｌｅ ｇｅｏｍｅｔｒｙ ｄｉｆｆｕｓｅｒ）が示されている。遠心圧縮機は、チラーなど、流体を圧縮する必要がある様々な装置で有用である。この圧縮を行うために、遠心圧縮機は回転構成要素を利用して、角運動量を流体の静圧上昇に変換する。

【0022】

遠心圧縮機は、４つの主要構成要素：入口、インペラ、ディフューザ、及び収集器又はボリュートを含むことができる。入口は、流体（例えば、冷媒）を圧縮機に引き込み、流体をインペラに送達する単純なパイプを含むことができる。場合によっては、入口は、インペラ入口への流体の軸方向の流れを確実にする入口ガイドベーンを含み得る。インペラは、流体がインペラの中心（インペラアイとしても知られている）からインペラの外周縁（インペラの先端としても知られている）に移動するときに、流体のエネルギーを徐々に上げるベーンの回転するセットである。流体経路内のインペラの下流にはディフューザ機構があり、これは流体を減速させて流体の運動エネルギーを静圧エネルギーに変換する働きをする。ディフューザを出ると、流体は収集器又はボリュートに入り、そこで収集器又はボリュートの形状により、運動エネルギーが静圧にさらに変換される。いくつかの実装形態では、収集器又はボリュートは、スクロール構成要素と一体的に形成され、スクロール構成要素は、圧縮機の他の構成要素、例えば、インペラ及びディフューザを収容することができる。

【0023】

ディフューザ機構は、ディフューザ間隙を通る流れが妨げられない第１の後退位置と、ディフューザリングがディフューザ間隙内に延びてディフューザ間隙を通る流体の流れを変更する第２の前進位置との間で移動可能なディフューザリングを備えた可変形状ディフューザ（ＶＧＤ）機構であってもよい。多くの場合、圧縮機を通って流れる流体の量又は圧縮機によって生成された圧力差を変化させることが望ましい。例えば、圧縮機を通る流体の流れが減少し、同じ圧力差がインペラを横切って維持される場合、圧縮機を通る流体の流れは不安定になる可能性がある。流体の一部が圧縮機内で失速し、失速した流体のポケットがインペラと共に回転し始める可能性がある。これらの流体の失速したポケットは、それらが圧縮機内で引き起こすノイズ、振動、及び効率の低下により問題となり、回転失速又は初期サージとして知られる状態をもたらす可能性がある。流体の流れがさらに減少すると、流体の流れはさらに不安定になり、サージとして知られる流体の流れの完全な逆転を引き起こすことさえある。サージは、流体が圧縮機を前後に交互に流れることを特徴とし、ノイズ、振動、圧縮機の効率の低下に加えて、圧力スパイクや圧縮機の損傷をもたらす可能性がある。

【0024】

インペラ出口でディフューザの形状を変えることにより、回転の失速、初期サージ、及びサージの望ましくない影響を最小限に抑えることができる。低い流体流量で動作している場合、ＶＧＤ機構のディフューザリングを作動させて、インペラ出口のディフューザ間隙のサイズを減少することができる。面積の減少により、流体の失速及びインペラを通るサージの戻りが防止される。流体流量が増加すると、ＶＧＤ機構のディフューザリングを作動させて、ディフューザ間隙のサイズを増大して、追加の流れのためのより大きな面積を提供することができる。ＶＧＤ機構は、圧縮機によって生成される圧力差の変化に応じて調整することもできる。例えば、圧力差が大きくなると、ＶＧＤ機構のディフューザリングを作動させて、ディフューザ間隙のサイズを減少して、流体の失速やサージを防ぐことができる。逆に、圧力差が大きくなると、ＶＧＤ機構のディフューザリングを作動させて、ディフューザ間隙のサイズを増大して、インペラ出口でより大きな面積を提供することができる。失速とサージを防止することに加えて、ＶＧＤ機構は、容量制御、圧縮機バックスピン及び圧縮機バックスピン中の関連する過渡負荷の最小化、及び起動時の過渡現象の最小化にさらに利用することができる。

【0025】

圧縮機用に選択されたインペラの種類は、圧縮機の他の構成要素、特にＶＧＤ機構に設計上の影響を与える可能性がある。例えば、インペラの先端直径対インペラのアイ直径の典型的な比は、１．５から３．０の範囲であり得、１．５の比はより高い比速度タイプのインペラを表し、３．０の比はより低い比速度タイプのインペラを表す。換言すると、遠心圧縮機でより高い比速度のインペラが使用される場合、インペラの中央入口は、インペラの外径に比べて大きい。低い比速度タイプのインペラは主に遠心力を介して水圧ヘッドを発展させ、高い比速度タイプのインペラは遠心力と軸力の両方を介してヘッドを発展させる。インペラの中央入口又はアイがＶＧＤ機構の特定の構成要素に近接して配置されている可能性があるため、高比速度タイプのインペラは、通常であればＶＧＤ機構用に確保されているであろうスペースに侵入する可能性がある。したがって、圧縮機内にインペラを取り付けるために利用できるスペースの量を最大化するＶＧＤ機構設計は有用であり得る。

【0026】

図１～２を参照すると、チラーアセンブリ１００の例示的な実装形態が示されている。チラーアセンブリ１００は、モータ１０４によって駆動される圧縮機１０２と、凝縮器１０６と、蒸発器１０８とを含むように示されている。冷媒は、蒸気圧縮サイクルにおいてチラーアセンブリ１００を通って循環される。チラーアセンブリ１００はまた、チラーアセンブリ１００内の蒸気圧縮サイクルの動作を制御するための制御パネル１１４を含むことができる。

【0027】

モータ１０４は、可変速度ドライブ（ＶＳＤ）１１０によって電力を供給され得る。ＶＳＤ１１０は、特定の固定ライン電圧及び固定ライン周波数を有する交流（ＡＣ）電力をＡＣ電源（図示せず）から受け取り、可変電圧及び周波数を有する電力をモータ１０４に提供する。モータ１０４は、ＶＳＤ１１０によって電力を供給されることができるよりも任意のタイプの電気モータであり得る。例えば、モータ１０４は、高速誘導モータであり得る。圧縮機１０２は、モータ１０４によって駆動され、蒸発器１０８から吸入ライン１１２を介して受け取った冷媒蒸気を圧縮し、放出ライン１２４を介して冷媒蒸気を凝縮器１０６に送達する。圧縮機１０２は、遠心圧縮機、スクリュ圧縮機、スクロール圧縮機、タービン圧縮機又は任意の他のタイプの適切な圧縮機であり得る。図に示される実装形態では、圧縮機１０２は遠心圧縮機である。

【0028】

蒸発器１０８は、内部管束（図示せず）と、内部管束にプロセス流体を供給するための供給ライン１２０と、プロセス流体を除去するための戻りライン１２２とを含む。供給ライン１２０及び戻りライン１２２は、プロセス流体を循環させる導管を介して、ＨＶＡＣシステム内の構成要素（例えば、空調機）と流体連通することができる。プロセス流体は、建物を冷却するためのチルド液体であり、水、エチレングリコール、塩化カルシウムブライン、塩化ナトリウムブライン、又は任意の他の適切な液体であり得るが、これらに限定されない。蒸発器１０８は、プロセス流体が蒸発器１０８の管束を通過し、熱を冷媒と交換するときに、プロセス流体の温度を下げるように構成される。冷媒蒸気は、蒸発器１０８に送達された冷媒液体がプロセス流体と熱を交換し、相変化を受けて冷媒蒸気になることにより、蒸発器１０８内で形成される。

【0029】

圧縮機１０２によって凝縮器１０６に送達された冷媒蒸気は、熱を流体に伝達する。冷媒蒸気は、流体との熱伝達の結果として、凝縮器１０６内で冷媒液体に凝縮する。凝縮器１０６からの冷媒液体は、膨張装置（図示せず）を通って流れ、蒸発器１０８に戻され、チラーアセンブリ１００の冷媒サイクルを完了する。凝縮器１０６は、凝縮器１０６とＨＶＡＣシステムの外部構成要素（例えば、冷却塔）との間で流体を循環させるための供給ライン１１６及び戻りライン１１８を含む。戻りライン１１８を介して凝縮器１０６に供給された流体は、凝縮器１０６内の冷媒と熱を交換し、供給ライン１１６を介して凝縮器１０６から除去されて、サイクルを完了する。凝縮器１０６を通って循環する流体は、水又は他の任意の適切な液体であり得る。

【0030】

いくつかの実施形態では、冷媒は、４００ｋＰａ未満又は約５８ｐｓｉの動作圧力を有する。さらなる実施形態では、冷媒はＲ１２３３ｚｄである。Ｒ１２３３ｚｄは、商業用チラーアセンブリで使用されている他の冷媒と比較して、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が低い不燃性フッ素化ガスである。ＧＷＰは、１トンの二酸化炭素の排出と比較して、１トンのガスの排出が所与の期間に吸収するエネルギー量を定量化することにより、様々なガスの地球温暖化影響の比較を可能にするために開発されたメトリックである。

【0031】

ここで図３を参照すると、圧縮機１０２及びモータ１０４の斜視図が示されている。図示のように、アクチュエータ１２６は、圧縮機１０２の外面に近接して配置することができる。アクチュエータ１２６は、駆動リングを回転させる目的でＶＧＤに結合することができる任意の適切なタイプのアクチュエータ又は作動手段とすることができる。いくつかの実施形態では、アクチュエータ１２６は、一連のリンケージを使用してＶＧＤに結合される。駆動リングの回転のさらなる詳細は、図７を参照して以下に含まれる。

【0032】

ここで図４を参照すると、いくつかの実施形態による、圧縮機１０２内のＶＧＤ２００の断面図が示されている。示されるように、圧縮機１０２は、ディフューザプレート２０２、インペラ２０４、ノズルベースプレート２０６、及び吸引プレートハウジング２５２を含み得る。いくつかの実施形態において、ディフューザプレート２０２は、圧縮機ハウジング（図示せず）の構成要素と一体である。他の実施形態では、ディフューザプレート２０２は、留め具で圧縮機ハウジングに取り外し可能に結合される。ディフューザプレート２０２は、ノズルベースプレート２０６及び吸引プレートハウジング２５２の反対側に配置されるように示されている。図６～８を参照して以下でさらに詳細に記載されるノズルベースプレート２０６は、留め具で吸引プレートハウジング２５２に取り外し可能に結合されてもよい。吸引プレートハウジング２５２は、吸引口パイプ又は圧縮機ハウジングの別の構成要素に結合されて、冷媒のための入口通路を形成することができる。様々な実施形態では、ディフューザプレート２０２、ノズルベースプレート２０６、及び吸引プレートハウジング２５２は、鋳造又は機械加工プロセスを使用して製造される。

【0033】

インペラ２０４の回転は、流体に仕事を与え、それによってその圧力を増加させる。上述のように、いくつかの実施形態では、インペラ２０４は、高比速度ＶＧＤである。流体は通常、冷媒であり、インペラ入口２５０から入る。インペラ２０４を通過した後、より高速の冷媒はインペラ２０４を出て、ディフューザ間隙２１２を通過し、収集器又はボリュートへ、最終的に圧縮機出口へ向けられる。

【0034】

ディフューザリング２０８は、溝２１０に組み込まれる。いくつかの実施形態では、溝２１０は、ノズルベースプレート２０６及び／又は吸引プレートハウジング２５２の表面に機械加工される。他の実施形態では、溝２１０は、ノズルベースプレート２０６及び吸引プレートハウジング２０６が互いに結合されるときに、それら構成要素の形状によって形成される。ディフューザリング２０８は、溝２１０から離れて、ディフューザプレート２０２とノズルベースプレート２０６とを分離するディフューザ間隙２１２内に移動可能である。完全に後退した位置では、ディフューザリング２０８は、溝２１０に入れ子にされ、ディフューザ間隙２１２は最大流れの条件になる。（図４に示すような）完全に前進した位置では、ディフューザリング２０８はディフューザ間隙２１２を実質的に横切って延び、本質的にディフューザ間隙２１２を閉鎖する。ディフューザリング２０８は完全後退位置と完全前進位置の中間のいずれかの位置に移動可能である。いくつかの実施形態では、ディフューザリング２０８は、ほぼ環状の形状及び長方形の断面を有するが、ディフューザリング２０８は、ディフューザ間隙２１２を通る所望の流れ特性を達成するために任意の断面（例えば、Ｌ形状）を有することができる。

【0035】

ディフューザリング２０８は、複数の駆動ピン２１４に（例えば、留め具を介して）取り付けられる。各駆動ピン２１４は、第１の端部２５４及び第２の端部２５６を含む。様々な実施形態では、駆動ピン２１４の第１の端部２５４は、ディフューザリング２０８にボルト締め、溶接又はろう付けされ得る。さらなる実施形態では、駆動ピン２１４は、環状ディフューザリング２０８のねじ穴にねじ込まれる駆動ピン２１４の第１の端部２５４のねじ山部分によって、ディフューザリング２０８にしっかりと接続されてもよい。各駆動ピン２１４は、駆動ピン２１４をカムフォロア２１８に結合するために使用される第２の端部２５６上の開口部を含む。カムフォロア２１８のさらなる詳細は、図８を参照して以下に含まれる。

【0036】

ここで図５～７を参照すると、いくつかの実施形態による、図４のＶＧＤ２００のノズルベースプレート２０６及び駆動リング２２０の斜視図及び立面図が示されている。示されるように、駆動リング２２０は、形状が概して環状であり、上面２２８、内周面２３０、外周面２３８、及び底面２４０を含む。圧縮機１０２に取り付けられると、ＶＧＤ２００は、図４を参照して上述したように、駆動リング２２０の上面２２８が圧縮機１０２の吸引口に近接して配置され、駆動リング２２０の底面２４０がディフューザ間隙２１２に近接して配置されるように向けられ得る。駆動リング２２０は、駆動リング２２０の下に延びる支持ブロック２１６及び２４６に組み付けられる。いくつかの実装形態では、支持ブロック２１６及び２４６は、（例えば、鋳造又は機械加工プロセスを使用して）ノズルベースプレート２０６と一体に形成される。他の実装形態では、支持ブロック２１６及び２４６は、（例えば、ボルト又はピンなどの留め具を使用して）後でノズルベースプレート２０６に組み付けられる別個の構成要素として製造される。

【0037】

支持ブロック２１６は、駆動ピン２１４を使用して駆動リング２２０へのディフューザリング２０８の接続を容易にし得る一方、支持ブロック２４６は、軸方向支持部アセンブリ２３２及び半径方向支持部アセンブリ２３４の両方を収容し得る。具体的に図６に示されるように、支持ブロック２１６及び２４６は、各支持ブロック２１６が両側に支持ブロック２４６を含み、その逆も同様であるように、ノズルベースプレート２０６の周りで交互にされ得る。図６に示される実装形態では、ＶＧＤ２００は５つの支持ブロック２１６及び５つの支持ブロック２４６を含むので、ＶＧＤ２００は５つの駆動ピン２１４、５つの軸方向支持部アセンブリ２３２、及び５つの半径方向支持部アセンブリ２３４を含む。支持ブロック２１６及び２４６は、ノズルベースプレート２０６の周囲に等しく分散され得るので、各支持ブロック２１６及び２４６は、およそ７２°おきの間隔（例えば、±１０％）で配置され得る。他の実施形態では、ＶＧＤは、異なる数の支持ブロック２１６及び２４６、並びに対応する異なる数の駆動ピン２１４、軸方向支持部アセンブリ２３２、及び半径方向支持部アセンブリ２３４を含み得る。

【0038】

駆動ピン２１４は、支持ブロック２１６に組み付けられ、ノズルベースプレート２０６を通って下方に延びる。駆動ピン２１４は、ノズルベースプレート２０６の穴を通って延びるため、及びノズルベースプレート２０６は吸引プレートハウジング２５２に取り付けられるため、駆動ピン２１４は、ディフューザリング２０８の回転運動を防止する。駆動ピン２１４は、カムトラック２２４内に組み付けられるカムフォロア２１８に結合される。例えば、カムフォロア２１８は、駆動ピン２１４の開口部を通して組み付けられ、ナットで駆動ピン２１４に固定され得る。他の実施形態では、カムフォロア２１８が駆動ピン２１４に対して自由に回転する限り、カムフォロア２１８を駆動ピン２１４に固定するために、別の取り付け方法（例えば、ロックピン配置）を利用することができる。カムトラック２２４は駆動リング２２０の外周面２３８に形成された溝である。各カムトラック２２４は、カムフォロア２１８を受け入れるために、予め選択された深さ及び予め選択された幅で形成されてもよく、支持ブロック２１６に対応し、それとつがいになってもよい。したがって、図６に示される実装形態では、駆動リング２２０は、５つの支持ブロック２１６に対応する５つのカムトラック２２４を有するであろう。

【0039】

特に図７を参照すると、軸方向支持部アセンブリ２２６及び半径方向支持部アセンブリ２３４の斜視図が示されている。軸方向支持部アセンブリ２２６は、軸方向支持部２３２のための支持構造２５８と、支持構造２５８を支持ブロック２４６に固定するための取り付け手段（図示せず）とを備える。軸方向支持部２３２を支持構造２５８に固定するために、任意の適切な手段（例えば、ナット）を使用することができる。軸方向支持部２３２は、図１０を参照して以下でさらに詳細に記載される軸方向カムトラック２４２内に組み付けられる。軸方向支持部２３２は、駆動リング２２０が回転するとき、駆動リング２２０の軸方向移動に抵抗する。いくつかの実装形態では、軸方向支持部２３２はまた、駆動リング２２０の軸方向位置に対するわずかな調整を可能にする。駆動リング２２０が回転するときの駆動リング２２０の軸方向移動に抵抗できる任意の他の適切な軸方向支持部アセンブリを利用することができる。

【0040】

図７はまた、支持ブロック２４６上に設置された半径方向支持部アセンブリ２３４を示す。半径方向支持部アセンブリ２３４は、ローラ２３６を含む。ローラ２３６は、部分的にねじが切られたシャフト２６０を使用して、支持ブロック２４６に固定され得るが、ローラ２３６は、部分的にねじが切られたシャフト２６０に対して自由に回転することを許容され得る。半径方向支持部アセンブリ２３４は、駆動リング２２０が回転するときの駆動リング２２０の半径方向移動に抵抗する。駆動リング２２０が回転するときの駆動リング２２０の半径方向移動に抵抗することができる任意の他の適切な半径方向支持部アセンブリを利用することができる。

【0041】

ＶＧＤ２００の動作は、以下のように進行し得る：圧縮機１０２内で失速又はサージ状態が（例えば、センサによって）検出されると、作動手段（例えば、アクチュエータ１２６）が、駆動リング２２０の回転を引き起こす。駆動リング２２０は、それが支持ブロック２１６及び２４６上に存在する平面内の回転運動に制限される。駆動リング２２０が回転すると、カムフォロア２１８のそれぞれは、カムトラック溝が駆動リング２２０の上面２２８に近接するカムトラック２２４の第１の位置からトラックに沿って駆動リング２２０の底面２４０に向かって移動する。駆動リング２２０及びカムトラック２２４が回転すると、カムフォロア２１８は、トラック２２４に沿って下方に押される。フォロア２１８が下方に移動するとき、駆動ピン２１４は支持ブロック２１６内に移動する。ディフューザリング２０８は、ノズルプレート２０６の反対側で駆動ピン２１４の反対端部（すなわち、駆動ピン２１４の第１の端部２５４）に取り付けられているので、駆動ピン２１４の支持ブロック２１６内への移動は、駆動ピン２１４の第１の端部２５４を溝２１０から離し、ディフューザリング２０８をディフューザ間隙２１２内に移動させる。制御システムに応じて、アクチュエータ又は他の作動手段が、作動手段の完全後退位置と完全前進位置の間の中間の任意の位置で駆動リング２２０の回転を停止し得る。これにより、ディフューザリング２０８は、完全前進位置と溝２１０内の完全後退位置との間の任意の位置で停止する。

【0042】

次に図８を参照すると、ＶＧＤ２００の非コンパクトな実装形態の詳細図が示されている。例えば、図８の実装形態は、インペラの最も広い部分（すなわち、先端）の直径対インペラのアイの直径の比が比較的大きい（例えば、約３．０）、低比速度インペラで利用することができる。示されるように、駆動リング２２０は、半径方向支持部アセンブリ２３４及び軸方向支持部アセンブリ２２６を用いて支持ブロック２１６に組み付けられる。ローラ２３６を有する半径方向支持部アセンブリ２３４及び軸方向支持部２３２を有する軸方向支持部アセンブリ２２６の両方は、駆動リング２２０の内周面２３０に取り付けられる。対照的に、駆動ピン２１４は、駆動リング２２０の外周面２３８に取り付けられている。

【0043】

ここで図９を参照すると、ＶＧＤ２００のコンパクトな実装形態の詳細図が示されている。図８に示す実装形態とは対照的に、（図４～７と同様に）図９に示されるＶＧＤは、インペラの最も広い部分の直径対インペラのアイの直径が比較的小さい（例えば、約１．５）、高比速度インペラで利用することができる。示されるように、駆動リング２２０は、半径方向支持部アセンブリ２３４及び軸方向支持部アセンブリ２２６を用いて支持ブロック２１６に組み付けられる。図８を参照して上述した構成と違い、図９に示される構成は、駆動リング２２０の外周面２３８に取り付けられた、駆動ピン２１４、ローラ２３６を有する半径方向支持部アセンブリ２３４、及び軸方向支持部２３２を有する軸方向支持部アセンブリ２２６のそれぞれを含む。上述のように、図９に示される構成は、インペラアイのサイズが内周面２３０によって囲まれた領域内の利用可能なスペースを制限するＶＧＤでの使用に最適である。半径方向支持部アセンブリ２３４及び軸方向支持部アセンブリ２２６を駆動リング２２０の外周面２３８に再配置することにより、ＶＧＤ２００によって利用されるスペースが最適化される。

【0044】

ここで図１０を参照すると、いくつかの実施形態による、駆動リング２２０の立面図が示されている。駆動リング２２０は、駆動リング２２０の外周面２３８上に分散された複数のカムトラック２２４及び２４２を含むように示され、したがって、図４～７及び９に示されるコンパクトなＶＧＤ設計と共に利用され得る。カムトラック２２４は、駆動リング２２０の底面２４０から駆動リング２２０の上面２２８に向かって延び、これらの表面間である角度で、好ましくは実質的に直線状に延びるように示されている。駆動リング２２０の底面２４０に近接するカムトラック２２４の端部において、トラックは、カムフォロア２１８をカムトラック２２４内に組み付けるためのアクセスを提供するために底面２４０まで延びる部分２６２を含む。カムトラック２２４が駆動リング２２０の軸と平行に延びる距離は、実質的にディフューザ間隙２１２の幅に対応する。カムトラック２２４の角度は、任意の予め選択された角度とすることができる。角度が浅くなるにつれて、駆動リング２２０の制御、及びそれに対応して、ディフューザリング２０８の制御がより正確になる。

【0045】

軸方向カムトラック２４２は、駆動リング２２０の上面２２８及び底面２４０に対して実質的に平行な方向に延びるように示されている。各カムトラック２４２は、軸方向支持部２３２を受け入れるように予め選択された深さ及び予め選択された幅で形成され得る。さらに、各カムトラック２４２は、両端部で円形カット２４４で終端し得る。円形カット２４４は、軸方向カムトラック２４２切断するために使用される工具の取り外しを容易にし得る。

【0046】

図示のように、軸方向カムトラック２４２は、カムトラック２２４が占める軸方向空間に配置又は「入れ子」にすることができる。この構成は、駆動リング２２０の軸方向寸法及びＶＧＤ２００全体の両方を低減する。さらに、カムトラック２２４及び２４２の寸法（例えば、幅、深さ）は、駆動リング２２０の製造プロセスを最適化し得る。例えば、カムトラック２２４及び２４２は、フライス加工プロセスを使用して成形することができ、同じフライス工具を、両方のカムトラック２２４及び２４２を切断するために使用することができる。両方のカムトラック２２４及び２４２に同一のフライス工具を使用すると、必要な機械工具の設定が少なくなるため、完成部品の精度が向上し得る。

【0047】

次に図１１を参照すると、いくつかの実施形態による、Ｖ溝カムフォロア支持部３００の斜視図が示されている。様々な実施形態において、Ｖ溝カムフォロア支持部３００は、軸方向支持部アセンブリ２２６及び半径方向支持部アセンブリ２３４の両方の代わりに使用されてもよい。なぜなら、Ｖ溝支持部３００の形状は、半径方向及び軸方向の両方における動きを同時に制限できるからである。示されるように、支持部３００は、外側リング３０２及び内側リング３０４を含む。外側リング３０２は、Ｖ字形断面に延びる２つの対称的なフランジを含み得る。内側リング３０４は、外側リング３０２が内側リング３０４に対して自由に回転できるように、任意のタイプの適切な転動要素（例えば、ボール、ローラ、コーン、針）を含むことができる。

【0048】

図１２は、Ｖ溝カムフォロア支持部及び駆動リングアセンブリ４００の断面図を示す。様々な実施形態において、アセンブリ４００は、図４～１１を参照して上述したＶＧＤ２００を含む、ＶＧＤのサブ構成要素である。示されるように、アセンブリ４００は、Ｖ溝カムフォロア支持部３００と、Ｖ溝タイプの支持部で動作するように適合された駆動リング４０４とを含む。駆動リング４０４は、延長部分４０６及びベース部分４０８から構成されるＬ字形断面を有する実質的に環状の形状を有し得る。延長部分４０６及びベース部分４０８は、互いに対して直角に配置され得る。ベース部分４０８は、カムフォロア（例えば、カムフォロア２１８、図示せず）を受け入れるのに必要ないずれかの寸法のカムトラック４１２を含むことができる。

【0049】

支持部３００は、留め具４１０（例えば、ボルト）を使用して、ＶＧＤの別の構成要素（例えば、支持ブロック）に固定され得る。留め具４１０は、外側リング３０２の両方のフランジが駆動リング４０４の延長部分４０６に接触するように支持部３００を配置するために使用され得る。このように、支持部３００は、軸方向及び半径方向両方の駆動リング４０４の動きを抑制するために利用され得る。

【0050】

様々な例示的な実施形態に示されるようなシステム及び方法の構築及び配置は、例示に過ぎない。本開示では少数の実施形態のみを詳細に記載してきたが、多くの修正が可能である（例えば、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状及び比率、パラメータの値、取り付け配置、材料の使用、色、向き等のバリエーション）。例えば、要素の位置を逆にするか、別の方法で変化させることができ、離散した要素又は位置の性質又は数を変更又は変化させることができる。したがって、全てのそのような修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図されている。任意のプロセス又は方法ステップの順番又は順序は、代替の実施形態に従って変えるか、順序付けし直すことができる。本開示の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態の設計、動作条件、及び配置において、他の置換、修正、変更、及び省略を行うことができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】