特表 2024-511734 液インジェクションを受ける遠心圧縮機圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-15

(54)【発明の名称】液インジェクションを受ける遠心圧縮機圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/44 20060101AFI20240308BHJP

   F04D 29/66 20060101ALI20240308BHJP

   F04D 17/12 20060101ALI20240308BHJP

   F25B 1/053 20060101ALI20240308BHJP

   F25B 1/10 20060101ALI20240308BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20240308BHJP

【ＦＩ】

F04D29/44 W

F04D29/66 Z

F04D29/44 R

F04D17/12

F25B1/053 A

F25B1/10 E

F25B1/00 311C

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023555182

(86)(22)【出願日】2022-03-04

(85)【翻訳文提出日】2023-09-08

(86)【国際出願番号】 JP2022009397

(87)【国際公開番号】W WO2022191067

(87)【国際公開日】2022-09-15

(31)【優先権主張番号】17/198,130

(32)【優先日】2021-03-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】000002853

【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー

(72)【発明者】

【氏名】フースマッハー，ライアン

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA14

3H130AB12

3H130AB27

3H130AB47

3H130AC01

3H130BA13A

3H130BA33A

3H130BA69A

3H130CA07

3H130EA06A

3H130EA07A

(57)【要約】

チラーのための遠心圧縮機は、インペラと、モータと、ディフューザと、少なくとも１つのインジェクションポートと、を有する。インペラは、回転軸を中心として回転可能なシャフトに取り付けられる。モータは、シャフトを回転させることでインペラを回転させるように配置され構成される。ディフューザは、インペラの下流に配置される。少なくとも１つのインジェクションポートは、ディフューザ内に配置される。少なくとも１つのインジェクションポートは、チラーの凝縮器またはエコノマイザからディフューザへと液冷媒を供給するよう構成され配置される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

チラー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、
回転軸を中心として回転可能なシャフトに取り付けられるインペラと、
シャフトを回転させることで前記インペラを回転させるように配置され構成されるモータと、
前記インペラの下流に配置されるディフューザと、
前記ディフューザ内に配置される少なくとも１つのインジェクションポートであって、前記少なくとも１つのインジェクションポートは、前記チラーの凝縮器またはエコノマイザから前記ディフューザへと液冷媒を供給するよう構成され配置されている少なくとも１つのインジェクションポートと、
を備える遠心圧縮機。

【請求項2】

前記少なくとも１つのインジェクションポートは、前記ディフューザの周囲に周方向に配置される複数のインジェクションポートを含んでいる、
請求項１に記載の遠心圧縮機。

【請求項3】

前記複数のインジェクションポートの数は、前記インペラの羽根の数と同じである、
請求項２に記載の遠心圧縮機。

【請求項4】

前記ディフューザは、入口側と出口側とを有し、前記入口側は、前記出口側の上流に配置されており、前記複数のインジェクションポートは、前記ディフューザの前記入口側に配置されている、
請求項２に記載の遠心圧縮機。

【請求項5】

前記ディフューザは、入口側と出口側とを有し、前記出口側は、前記入口側の下流に配置されており、前記複数のインジェクションポートは、前記ディフューザの前記出口側に配置されている、
請求項２に記載の遠心圧縮機。

【請求項6】

前記ディフューザは、入口側と出口側とを有し、前記出口側は、前記入口側の下流に配置され、
前記複数のインジェクションポートは、前記ディフューザの前記入口側と前記出口側とに配置されている、
請求項２に記載の遠心圧縮機。

【請求項7】

前記複数のインジェクションポートのそれぞれは、周方向に角度が付けられている、
請求項２に記載の遠心圧縮機。

【請求項8】

前記少なくとも１つのインジェクションポートに接続されるインジェクション通路をさらに備え、前記インジェクション通路は、前記少なくとも１つのインジェクションポートへの液冷媒の流れを制御するよう内部に配置される制御可能な弁を有している、
請求項１または２に記載の遠心圧縮機。

【請求項9】

前記少なくとも１つのインジェクションポートは、前記チラーの前記凝縮器から前記ディフューザへと液冷媒を供給するよう構成され配置されている、
請求項１に記載の遠心圧縮機。

【請求項10】

第一回転軸を中心として回転可能な第一インペラと、前記第一インペラの下流に配置される第一ディフューザと、を有する第一遠心圧縮機と、
第二回転軸を中心として回転可能な第二インペラと、前記第二インペラの下流に配置される第二ディフューザと、を有する第二遠心圧縮機と、
前記第一インペラと前記第二インペラとを回転するよう配置され構成される少なくとも１つのモータと、
前記第一ディフューザを前記第二インペラに接続する戻りチャネル流路と、
凝縮器と、
エコノマイザと、
前記第一段遠心圧縮機と、前記第二段遠心圧縮機と、前記凝縮器と、前記エコノマイザとに直列に接続される蒸発器と、
前記第一ディフューザ、前記戻りチャネル流路、および前記第二ディフューザの少なくとも一つの内部に配置される少なくとも１つのインジェクションポートと、
前記少なくとも１つのインジェクションポートに接続される少なくとも１つのインジェクション通路であって、前記少なくとも１つのインジェクション通路は、前記凝縮器および前記エコノマイザのうちの少なくとも一方から液冷媒を送出する少なくとも１つのインジェクション通路と、
を備える二段チラー。

【請求項11】

前記少なくとも１つのインジェクションポートは、前記ディフューザの周囲に周方向に配置される複数のインジェクションポートを有する、
請求項１０に記載の二段チラー。

【請求項12】

前記少なくとも１つのインジェクションポートは、前記第一ディフューザ内に配置されており、前記少なくとも１つのインジェクション通路は、液冷媒を前記凝縮器から送出するよう、前記凝縮器に接続されている、
請求項１０に記載の二段チラー。

【請求項13】

前記少なくとも１つのインジェクションポートは前記第二ディフューザ内に配置されており、前記少なくとも１つのインジェクション通路は、液冷媒を前記凝縮器から送出するよう、前記凝縮器に接続されている、
請求項１０に記載の二段チラー。

【請求項14】

前記少なくとも１つのインジェクションポートは、前記戻りチャネル内に配置されており、前記少なくとも１つのインジェクション通路は、液冷媒を前記エコノマイザから送出するよう、前記エコノマイザに接続されている、
請求項１０に記載の二段チラー。

【請求項15】

前記インジェクション通路は、前記少なくとも１つのインジェクションポートへの液冷媒の流れを制御するよう内部に配置される制御可能な弁を有する、
請求項１０に記載の二段チラー。

【請求項16】

チラーにおいて用いられるよう構成される二段圧縮機であって、
第一回転軸を中心として回転可能な第一インペラと、前記第一インペラの下流の第一出口部に配置される第一ディフューザであって、第一上流側縁部と第一下流側縁部とを有する第一ディフューザと、を有する第一段遠心圧縮機と、
第二回転軸を中心として回転可能な第二インペラと、前記第二インペラの下流側に配置される第二ディフューザであって、第二上流側縁部と第二下流側縁部とを有する第二ディフューザと、を有する第二段遠心圧縮機と、
前記第一インペラと前記第二インペラとを回転するよう配置され構成される少なくとも１つのモータと、
前記第二ディフューザへと液冷媒を送出するよう、前記第二ディフューザの前記第二上流側縁部の下流の前記第二ディフューザ内に配置される複数のインジェクションポートと、
を備える、二段圧縮機。

【請求項17】

前記少なくとも１つのインジェクションポートは、前記チラーの凝縮器から前記第二ディフューザへと液冷媒を供給するよう構成され配置されている、
請求項１６に記載の二段圧縮機。

【請求項18】

前記第二ディフューザは、第二入口側と第二出口側とを有し、前記第二入口側は、前記第二出口側の上流であり、
前記複数のインジェクションポートは、前記第二ディフューザの前記第二入口側および前記第二出口側の一方または両方に配置されている、
請求項１６に記載の二段圧縮機。

【請求項19】

前記複数のインジェクションポートに接続されるインジェクション通路をさらに備え、前記インジェクション通路は、前記複数のインジェクションポートへの液冷媒の流れを制御するよう内部に配置される制御可能な弁を有している、
請求項１６に記載の二段圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して，遠心圧縮機に関する。本発明は、特に、液インジェクションを受ける遠心圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

チラーシステムは、媒体から熱を奪う冷却機械または装置である。一般に、水等の液体が媒体として用いられ、チラーシステムは、蒸気―圧縮冷却サイクルで動作する。その後液体が、熱交換器を通って循環することによって、必要に応じて空気または機器を冷却することができる。冷却には、副産物として廃熱が不可避であり、廃熱は、周囲に放出するか、効率を高めるために加熱目的のために回収される。従来のチラーシステムは、多くの場合、ターボ圧縮機とも呼ばれる遠心圧縮機を利用する。したがって、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利用することもできる。

【0003】

従来の（ターボ）チラーにおいては、冷媒は、遠心圧縮機において圧縮されて、熱交換器に送られ、そこで冷媒と熱交換媒体（例えば液体）との間で熱交換が行われる。この熱交換器は凝縮器と呼ばれている。この熱交換器において冷媒が凝縮するからである。その結果、熱は、媒体（液体）へ移動し、媒体は加熱される。凝縮器から出てきた冷媒は、膨張弁によって膨張され、他の熱交換器に送られ、この熱交換器で冷媒と交換媒体（例えば液体）との間で熱交換が行われる。この熱交換器は蒸発器と呼ばれている。この熱交換器において冷媒が加熱され（蒸発させられる）からである。その結果、熱は、媒体（液体）から冷媒へと移動し、液体は加熱される。その後、蒸発器からの冷媒は遠心圧縮機に戻され、そして、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。

【0004】

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。そのため、インレットガイドベーンは、遠心圧縮機のガス吸入ポートに連結され、ディフューザは、インペラのガス出口ポートに連結される。インレットガイドベーンは、インペラへのガス冷媒の流量を制御する。インペラは、ガス冷媒の速度を増加させる。ディフューザは、インペラから得たガス冷媒の速度（動圧力）を（静）圧力へと変換するよう機能する。モータはインペラを回転させる。コントローラは、モータとインレットガイドベーンと膨張弁とを制御する。こうして、冷媒は従来の遠心圧縮機において圧縮される。インレットガイドベーンは通常調整可能であり、モータ速度はシステムの容量を調整するために通常調整可能である。さらに、ディフューザも、システムの容量をさらに調整するために調整可能である。コントローラは、モータとインレットガイドベーンと膨張弁とを制御する。コントローラは、さらなる制御可能な要素をさらに制御できる。

【発明の概要】

【0005】

従来の遠心圧縮機においては、インペラ後縁部で生じる流れの分離（ｆｌｏｗ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）および圧力波（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｖｅｓ）によって、圧縮ノイズが発生する場合がある。圧縮ノイズを抑制するために、分離カバーまたはマイクロ囲繞液体フィルム（ｍｉｃｒｏ ｇｉｒｔｈ ｌｉｑｕｉｄ ｆｉｌｍ）が使用されている。

【0006】

本発明の目的は、遠心圧縮機におけるノイズを抑制することである。

【0007】

既知の技術の状況に鑑み、本開示の１つの面では、チラーにおける使用に適した遠心圧縮機を提供する。遠心圧縮機は、インペラとモータとディフューザとを有する。インペラは、回転軸を中心として回転可能なシャフトに取り付けられる。モータは、インペラを回転させるためシャフトを回転するように、配置され構成される。ディフューザは、インペラの下流に配置される。少なくとも１つのインジェクションポートが、ディフューザ内に配置される。少なくとも１つのインジェクションポートは、チラーの凝縮器またはエコノマイザからディフューザへと液冷媒を供給するよう構成され配置される。

【0008】

本発明の他の面では、二段チラーを提供する。二段チラーは、第一遠心圧縮機と第二遠心圧縮機とを有する。第一遠心圧縮機は、第一インペラと第一ディフューザとを有する。第一インペラは、第一回転軸を中心として回転可能である。第一ディフューザは、第一インペラの下流に配置される。第二遠心圧縮機は、第二インペラとディフューザとを有する。第二インペラは、第二回転軸を中心として回転可能である。第二ディフューザは、第二インペラの下流に配置される。少なくとも１つのモータが、第一インペラと第二インペラとを回転するよう配置され構成される。戻りチャネル流路が、第一ディフューザを第二インペラに接続する。二段チラーは、さらに、凝縮器とエコノマイザとを有する。蒸発器が、第一段遠心圧縮機と第二段遠心圧縮機と凝縮器とエコノマイザとに直列に接続される。少なくとも１つのインジェクションポートが、第一ディフューザ、戻りチャネル流路および第二ディフューザの少なくとも一つの内部に配置される。少なくとも１つのインジェクション通路が、少なくとも１つのインジェクションポートに接続される。少なくとも１つのインジェクション通路は、凝縮器およびエコノマイザの少なくとも一つから液冷媒を送出する。

【0009】

本発明の他の面では、チラーにおいて用いられるよう構成される二段圧縮機を提供する。二段式圧縮機は、第一段遠心圧縮機と、第二段遠心圧縮機と、少なくとも１つのモータと、複数のインジェクションポートとを有する。第一段遠心圧縮機は、第一インペラと第一ディフューザとを有する。第一インペラは、第一回転軸を中心として回転可能である。第一ディフューザは、第一インペラの下流に配置される。第一ディフューザは、第一上流側縁部と第一下流側縁部とを有する。第二段遠心圧縮機は、第二インペラと第二ディフューザとを有する。第二インペラは、第二回転軸を中心として回転可能である。第二ディフューザは、第二インペラの下流側に配置される。第二ディフューザは、第二上流側縁部と第二下流側縁部とを有する。少なくとも１つのモータが、第一インペラと第二インペラとを回転するよう配置され構成される。複数のインジェクションポートは、第二ディフューザへと液冷媒を送出するよう、第二ディフューザの第二上流側縁部の下流の第二ディフューザ内に配置される。

【0010】

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。

【図面の簡単な説明】

【0011】

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。

【図1】図１は、圧縮機がインジェクションポートを有する本発明の実施形態にかかるチラーを描画している。

【図2】図２は、インジェクションポートがディフューザの入口側に配置される、図１の圧縮機のインペラ、ディフューザおよびモータを示す模式図である。

【図3】図３は、圧縮機が複数のインジェクションポートを有している図１のチラーを示す。

【図4A】図４Ａは、図１のチラーの二段遠心圧縮機の断面の立面図である。

【図4B】図４Ｂは、第一ディフューザ内に位置する第一インペラ、第一ディフューザ、戻りチャネルおよびインジェクションポートを示す、図４Ａの詳細図である。

【図4C】図４Ｃは、戻りチャネル内に位置する第一ディフューザ、戻りチャネルおよびインジェクションポートを示す図４Ａの詳細図である。

【図4D】図４Ｄは、第二ディフューザ内に位置する第二インペラ、第二ディフューザおよびインジェクションポートを示す図４Ａの詳細図である。

【図5】図５は、複数のインジェクションポートがディフューザに配置されている、図４Ａの二段遠心圧縮機のインペラの正面図である。

【図6】図６は、インジェクションポートのサイズが異なる、図５の第一インペラの上面図である。

【図7】図７は、インジェクションポートがインペラの回転軸に沿って配置されている、第一インペラの後縁部の上面図である。

【図8】図８は、インジェクションポートがインペラの回転軸に対して角度を付けて配置されている、第一インペラの後縁部の上面図である。

【図9】図９は、インジェクションポートがディフューザの出口側に配置される、図１の圧縮機のインペラ、ディフューザおよびモータを示す模式図である。

【図10】図１０は、インジェクションポートがディフューザの入口側と出口側とに配置される、図１の圧縮機のインペラ、ディフューザおよびモータを示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

選択的な実施形態を、図面を参照して説明する。以下の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。

【0013】

まず、図１を参照して、本発明の例示的実施形態にかかる、少なくとも１つのインジェクションポートを有するチラーシステム１０を説明する。チラーシステム１０は、好ましくは、従来の態様で冷却水および冷水を利用する水チラーである。ここで例示するチラーシステム１０は、二段チラーシステムである。なお、チラーシステム１０を単段のチラーシステムまたは三段以上の複数段の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。

【0014】

チラーシステム１０は、基本的に、冷却コントローラ１４と、ループ冷却サイクルを形成するよう互いに直列に接続される圧縮機１６と、凝縮器１８と、エコノマイザ２０と、膨張弁２２，２４と、蒸発器２６と、を有する。さらに、種々のセンサＳ，Ｔを、チラーシステム１０の回路の全体にわたって配置することができる。チラーシステム１０は、膨張弁２２，２４の代わりに、オリフィスを有することもできる。

【0015】

図１および４Ａを参照して、圧縮機１６は、例示の実施形態の二段遠心圧縮機である。ここで例示する圧縮機１６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１６を、単段の遠心圧縮機または三つ以上のインペラを有する複数段の遠心圧縮機とすることもできる。任意選択的に、圧縮機１６を、スクリュー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１６は、第一段インペラ２８と、第二段インペラ３０と、を有する。遠心圧縮機１６は、さらに、第一段インレットガイドベーン３２と、第一ディフューザ／渦形室（ボリュート）３４と、第二段インレットガイドベーン３６と、第二ディフューザ／渦形室３８と、圧縮機モータ４０と、磁気軸受アセンブリ４２と、種々のセンサ（一部のみ図示）と、を有する。

【0016】

以下で詳細に説明する通り、冷却コントローラ１４は、種々のセンサから信号を受けて、インレットガイドベーン３２，３６、圧縮機モータ４０、および磁気軸受アセンブリ４２を制御する。冷媒は、第一段インレットガイドベーン３２、第一段インペラ２８、第一ディフューザ３４、戻りチャネル４８、第二段インレットガイドベーン３６、第二段インペラ３０および第二ディフューザ３８を、この順で通って流れる。インレットガイドベーン３２，３６は、それぞれ、インペラ２８，３０へのガス冷媒の流量を制御する。インペラ２８，３０は、圧力を実質的に上昇することなく、ガス冷媒の速度を増加する。モータ速度に応じて、ガス冷媒の速度の増加量が決定する。ディフューザ／ボリュート３４，３８は、冷媒圧力を増加する。ディフューザ／渦形室３４，３８は、圧縮機筐体４４に対して移動不能に固定される。圧縮機モータ４０は、シャフト４６を介してインペラ２８，３０を回転させる。任意選択的に、第一モータが第一インペラ２８を駆動することができ、第二モータ３０が第二インペラ３０を駆動することもできる。磁気軸受アセンブリ４２は、シャフト４６を磁気的に支持する。任意選択的に、軸受システムは、ローラ部材、動圧軸受（ハイドロダイナミック・ベアリング）、静圧軸受（ハイドロスタティック・ベアリング）、オイル・ベアリングならびに／もしくは磁気軸受、および／またはこれらの任意の組み合わせを有することができる。こうして、冷媒は、遠心圧縮機１６において圧縮される。

【0017】

チラーシステム１０の動作において、圧縮機１６の第一段インペラ２８および第二段インペラ３０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２８によって吸引される。冷媒の流速は、インレットガイドベーン３２によって調整される。第一段インペラ２８によって吸引された冷媒は、中間圧力へと圧縮され、冷媒圧力は第一ディフューザ／渦形室３４によって高められ、そして、冷媒は第二段インペラ３０へと導入される。冷媒の流速は、インレットガイドベーン３６によって調整される。第二段インペラ３０は冷媒を加速して圧縮し、冷媒圧力は第二ディフューザ／渦形室３８によって、中間圧力から高圧へと高められる。その後、高圧ガス冷媒は、チラーシステム１０へと吐出される。

【0018】

図３を参照して、チラーシステム１０は、本発明にかかるエコノマイザ２０を有する。以下で説明する通り、通常動作の際には、エコノマイザ２０は、圧縮機１６の戻りチャネル４８に接続されて、これにより、ガス（蒸気）冷媒を圧縮機１６の戻りチャネル４８にインジェクションする。チラーシステム１０において、エコノマイザ２０は、凝縮器１８と蒸発器２６との間に配置される。以下で説明する通り、いくつかの条件では、エコノマイザを、液冷媒をインジェクションするよう、圧縮機１６の第一ディフューザ３４、戻りチャネル４８および／または第二ディフューザ３８に接続することもできる。

【0019】

エコノマイザ２０は、入口ポート２０ａと液出口ポート２０ｂとガス出口ポート２０ｃとを有する。入口ポート２０ａは、凝縮器１８から二相冷媒をエコノマイザ２０へと導入するために設けられる。液出口ポート２０ｂは、二相冷媒から分離される液冷媒を蒸発器２６へと吐出するよう設けられる。ガス出口ポート２０ｃは、エコノマイザ２０に供給される二相冷媒から分離されるガス冷媒を吐出するよう設けられる。入口ポート２０ａへと流れ込む冷媒の流速は、凝縮器１８とエコノマイザ２０との間に配置される膨張弁２２によって、制御される。

【0020】

動作において、凝縮器１８で凝縮するよう冷却される冷媒は、膨張弁２２によって中間圧力に減圧され、そしてエコノマイザ２０へと導入される。エコノマイザ２０へと入口ポート２０ａから導入される二相冷媒は、エコノマイザ２０によってガス冷媒と液冷媒とに分離される。いくつかの条件では、ガス冷媒は、エコノマイザ２０のガス出口ポート２０ｃから圧縮機１６の戻りチャネル４８へとパイプを介してインジェクションされる。いくつかの条件では、液冷媒は、液出口ポート２０ｂから蒸発器２６へと案内される、またはエコノマイザ２０の液蓄積部に蓄積できる、または圧縮機１６の戻りチャネル４８へとパイプを介してインジェクションできる。

【0021】

次いで、圧縮機１６の戻りチャネル４８にインジェクションされるガス冷媒は、圧縮機１６の第一段インペラ２８によって中間圧力へと圧縮される冷媒と混合される。混合冷媒は、第二段インペラ３０へと流れ込み、さらに圧縮される。

【0022】

いくつかの実施形態では、図４Ａに示すように、筐体４４は、第一筐体５０と第二筐体５２とを有する。第一筐体５０は、第一入口部５０Ａと第一出口部５０Ｂとを有する。第一段インペラ２８は、第一筐体５０の第一入口部５０Ａに配置され、第一回転軸Ａ１を中心として回転可能である。第一ディフューザ３４は、第一段インペラ２８の下流に配置される。第二筐体５２は、第二入口部５２Ａと第二出口部５２Ｂとを有する。第二段インペラ３０を、第二筐体５２の第二入口部５２Ａに配置することもでき、第二回転軸Ａ２を中心として回転可能とできる。第一回転軸Ａ１および第二回転軸Ａ２は、図４Ａで示す通り、共線上に配置でき、または径方向にずらす（オフセットする）こともできる。第二ディフューザ３８は、第二段インペラ３０の下流に配置される。戻りチャネル４８は、第一ディフューザ３４を第二インペラ３０の入口に接続する。第一筐体５０および第二筐体５２は、筐体４４を形成する単一部材として一体的に形成することができ、または第一筐体５０および第二筐体５２を別々に形成して筐体４４を形成することもできる。

【0023】

圧縮機１６は、ソース（例えば凝縮器１８またはエコノマイザ２０）から圧縮機１６へと液冷媒を供給するよう構成され配置される少なくとも１つのインジェクションポート５４を有する。図１および図２に示すように、少なくとも１つのインジェクションポート５４は、圧縮機１６内における種々の位置に、例えば、限定するものではないが、第一段ディフューザ２８、戻りチャネル流路４８および第二段ディフューザ３８に、配置することができる。液冷媒を、任意の適切なソースから、例えば、限定するものではないが、凝縮器１８およびエコノマイザ２０から供給することができる。

【0024】

図２、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、インジェクションポート５４は、第一ディフューザ３４内に配置される。インジェクションポート５４を、第一ディフューザ３４内の任意の好適な位置に配置することができる。好ましくは、インジェクションポート５４は、第一段インペラ２８と第一ディフューザ３４との間の接合部の近傍に配置される。インジェクションポート５４は、第一段インペラ２８と第一ディフューザ３４との間の接合部の下流の、第一段インペラ２８の後縁部の近傍に配置される。第一段インペラが第一ディフューザ３４に対して移動するので、漏れ流路が第一段インペラ２８と第一ディフューザ３４との間の接合部で生じる可能性がある。この接合部の下流にインジェクションポートを配置することによって、第一段インペラ２８から放出される高速冷媒蒸気により、インジェクションされた液冷媒が第一段インペラ２８と第一ディフューザ３４間との接合部へと向かって上流側に進むことを防止できる。高速冷媒蒸気は、インジェクションされた液冷媒を下流に運び、インジェクションされた液冷媒が上流に流れることを実質的に防止できる。

【0025】

インジェクションポート５４は、好ましくは、第一段インペラ２８の後縁部に最も近接してかつ第一インペラ２８と第一ディフューザ３４との間の接合部の下流に配置される。流れの分離（ｆｌｏｗ ｓｅｐａｒａｔａｔｉｏｎ）は、回転する第一段インペラ２８の内で起こる。インペラからの低圧蒸気冷媒へと高圧の液冷媒をインジェクションすることによって、第一段インペラ２８において起こる流れの分離が第一ディフューザ３４へと広がっていくことを実質的に防止できる。インジェクションポート５４が第一段インペラ２８の後縁部に近いほど、放出される冷媒蒸気の速度が高くなり、かつ、圧力が低くなる。

【0026】

第一ディフューザ３４へと入ってくる冷媒蒸気は、流路の中央へと流れ出る高速ジェットと、第一ディフューザ３４の流路の壁の近傍の低速分離流と、を含む。分離流により、流路に渦が生じる。第一ディフューザ３４へと液冷媒をインジェクションすることにより、エネルギーが流れに加わり、ジェット流と分離流との差異が崩れる。インジェクションされた液冷媒は、流れの分離を実質的に抑制する。インジェクションされた液冷媒は、液体から蒸気への相変化を経て、冷媒蒸気の流れを遅くする。

【0027】

図５に示すように、複数のインジェクションポート５４を、第一ディフューザ３４の周囲に周方向に配置することができる。インジェクションポート５４の数を第一段インペラ２８の羽根５６の数と等しく図示しているが、ディフューザは任意の適当な数のインジェクションポート５４を有することができる。図５に示すように、第一段インペラ２８は１４枚の羽根５６を有し、第一ディフューザ３４は１４個のインジェクションポート５４を有する。

【0028】

図２に示すように、第一ディフューザ３４は、入口側すなわち上流側縁部３４Ａと、出口側すなわち下流側縁部３４Ｂと、を有する。入口側３４Ａは、第一インペラ２８に最も近接して、かつ出口側３４Ｂの上流に配置される。言い換えれば、出口側３４Ｂは入口側３４Ａの下流に配置される。複数のインジェクションポート５４を、第一ディフューザ３４の入口側３４Ａに配置することもできる。あるいは、図９に示すように、複数のインジェクションポート５４を、第一ディフューザ３４の出口側３４Ｂに配置することもできる。あるいは、図１０に示すように、複数のインジェクションポート５４を、第一ディフューザ３４の入口側３４Ａと出口側３４Ｂとに配置することもできる。インジェクションポート５４を、図５に示すように、配置することができ、インジェクションポート５４は、第一ディフューザ３４の周囲の全体に配置される。あるいは、インジェクションポート５４を、第一ディフューザ３４の一方の側面だけに、例えば上部だけに配置することもできる。

【0029】

図７に示すように、インジェクションポート５４は、第一ディフューザ３４に配置され、かつ、第一段インペラ２８の回転軸Ａ１に沿って配置されている。図８に示すように、インジェクションポート２５４は、第一ディフューザ２３４に、インジェクションポート２５４が第一段インペラ２８の回転軸Ａ１に対して角度を付けた方向に沿うよう、配置されている。それぞれのインジェクションポート２５４は、周方向に角度が付けられている。

【0030】

図６に示すように、インジェクションポート１５４は、第一ディフューザに配置されており、インジェクション通路５８に近づくにしたがって直径が変化している。インジェクション通路５８は、ソース（例えば凝縮器１８またはエコノマイザ２０）からインジェクションポート１５４へと液冷媒を供給する。供給される液冷媒の圧力は、液冷媒が到達する点に最も近いときに最大となる。液冷媒が到着する点に最も近いインジェクションポート１５４Ａは、インジェクションポートのなかで直径が最小である。液冷媒の到着点からの距離が長くなるにつれ、インジェクションポート１５４の直径は増加する。液冷媒の到着点から最も離れたインジェクションポート１５４Ａの直径は最大であり、インジェクションポート１５４Ｂの直径は、インジェクションポート１５４Ａとインジェクションポート１５４Ｃとの間の直径である。供給される液冷媒の圧力は、到達点からの距離が長くなるにつれて低下する。インジェクションポート１５４の直径を到着点からの距離が長くなるにつれて増加することによって、第一ディフューザのすべてのインジェクションポート１５４Ａ，１５４Ｂ，１５４Ｃからの液冷媒のインジェクション量を略均一に保つことができる。言い換えれば、最大の動作圧力を受けるインジェクションポート１５４の直径は最も小さく、最小の動作圧力を受けるインジェクションポート１５４の直径は最も大きい。

【0031】

図４Ｂに示すように、インジェクションポート５４を第一ディフューザ３４に形成することができる。図４Ｄに示すように、インジェクションポート５６を第二ディフューザ３８に形成することができる。第二ディフューザ３８のインジェクションポート５６は、第一ディフューザ３４に形成されるインジェクションポート５４と略同様に構成される。図４Ｃに示すように、流れの分離が戻りチャネル４８において生じるのを実質的に抑制するために、インジェクションポート５４を戻りチャネル４８に形成することができる。戻りチャネル４８に形成されるインジェクションポート５４は、第一ディフューザ３４に形成されるインジェクションポート５４と略同様に構成される。

【0032】

インジェクション通路５８は、液冷媒を供給するよう、少なくとも１つのインジェクションポート５４に接続される。図３に示すように、液冷媒は、好ましくは。凝縮器１８およびエコノマイザ２０の少なくとも一方に供給される。液冷媒は、第一ディフューザ３４、第二ディフューザ３８および戻りチャネル４８の少なくとも一つに供給される。それぞれのインジェクションポート５４は、ソース（例えば凝縮器１８およびエコノマイザ２０）から液冷媒を供給するインジェクション通路５８を有する。

【0033】

図３～図５に示すように、凝縮器１８およびエコノマイザ２０は、第一ディフューザ３４、第二ディフューザ３８および戻りチャネル４８内に配置されるインジェクションポートへと液冷媒を供給する。インジェクション通路５８は、凝縮器１８と第一ディフューザ３４のインジェクションポート５４とを接続することができる。インジェクション通路５８は、凝縮器１８と第二ディフューザ３８のインジェクションポート５４とを接続することができる。インジェクション通路５８は、凝縮器１８と戻りチャネル４８のインジェクションポート５４とを接続することができる。インジェクション通路５８は、エコノマイザ２０と第一ディフューザ３４のインジェクションポート５４とを接続することができる。インジェクション通路５８は、エコノマイザ２０と第二ディフューザ３８のインジェクションポート５４とを接続することができる。インジェクション通路は、エコノマイザ２０と戻りチャネル４８のインジェクションポートとを接続することができる。ソース、インジェクション通路５８およびインジェクションポート５４の任意の組合せを用いることができる。好ましい実施態様においては、例えば、チラー１０は、凝縮器１８と第一ディフューザ３４のインジェクションポート５４とを接続するインジェクション通路５８と、凝縮器１８と第二ディフューザ３８のインジェクションポート５４とを接続するインジェクション通路５８と、エコノマイザ２０と戻りチャネル４８のインジェクションポート５４とを接続するインジェクション通路５８と、を有する。

【0034】

他の実施形態では、例えば、エコノマイザ２０からの液冷媒は、第一ディフューザ３４にインジェクションされ、凝縮器１８からの液冷媒は、第二ディフューザ３８にインジェクションされる。エコノマイザ圧力は、凝縮器圧力より低い。第一ディフューザ圧力は、第二ディフューザ圧力より低い。凝縮器１８から第二ディフューザ３８へと、そして、エコノマイザ２０から第一ディフューザ３４へと液冷媒をインジェクションすることによって、それぞれのインジェクションポート５４において圧力差を維持する。

【0035】

いくつかの実施形態では、図１および図２に示すように、それぞれのインジェクション通路５８は、インジェクションポート５４への液冷媒の流れを制御するよう制御可能である弁６０を有する。弁６０は、液冷媒がインジェクションポート５４に供給されない閉位置と液冷媒がインジェクションポート５４に供給される開位置との間で、任意の好適な方法で制御される。弁６０は、インジェクション通路５８を通る液冷媒の流れを制御するよう制御されるコントローラ１４に、接続される。弁６０を、流れ分離が少ない流れが速い条件では閉じ、流れ分離が大きい流れが遅い条件では開くことができる。

【0036】

＜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、構成要素、群、一体物、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、構成要素、群、一体物、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／部品（パート）」、「部分（セクション）」、「部／部分（ポーション）」、「部材」あるいは「要素」は、単１つ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。

【0037】

コンポーネント、部（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（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。

【0038】

コンポーネント、装置の部（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（コンフィギュアされる）」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。

【0039】

ここでは、「ほぼ」、「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。

【0040】

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、種々の構成要素の大きさ、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構成要素は、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。１つ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施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、前述の本発明にかか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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】