特許 7138242 遠心圧縮機及びターボチャージャ

(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】2022-09-07

(45)【発行日】2022-09-15

(54)【発明の名称】遠心圧縮機及びターボチャージャ

(51)【国際特許分類】

   F02B 39/00 20060101AFI20220908BHJP

   F04D 29/44 20060101ALI20220908BHJP

【ＦＩ】

F02B39/00 G

F04D29/44 R

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021521690

(86)(22)【出願日】2019-05-30

(86)【国際出願番号】 JP2019021546

(87)【国際公開番号】W WO2020240775

(87)【国際公開日】2020-12-03

【審査請求日】2021-10-11

(73)【特許権者】

【識別番号】316015888

【氏名又は名称】三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】岩切 健一郎

【審査官】小関 峰夫

(56)【参考文献】

【文献】特開平３－２６０３９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３７０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２２１９１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５２９３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－８９５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１３２５２８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１０９９４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／０８７３８５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ３７／００

Ｆ０２Ｂ ３９／００

Ｆ０４Ｄ ２９／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インペラ及びケーシングを備える遠心圧縮機であって、
前記ケーシングは、
前記インペラの外周側にスクロール流路を形成するスクロール部と、
前記インペラで圧縮された圧縮空気を前記スクロール流路に供給するディフューザ流路を形成するディフューザ部と、
を備え、
前記インペラの周方向における前記スクロール部の舌部の位置を６０°と定義し、前記インペラの回転方向における下流方向を前記周方向の位置の正方向と定義すると、
前記周方向の位置と前記ディフューザ部の外径Ｒとの関係を示すディフューザ部外径分布は、前記正方向に向かうにつれて前記外径Ｒが増加する外径増加部を含み、
前記ディフューザ部外径分布において、前記外径増加部の始点の位置は１５０°以下であり、前記外径増加部の終点の位置は２７０°以上である、遠心圧縮機。

【請求項2】

前記ディフューザ部外径分布において、前記外径増加部の始点の位置をＡ１、前記外径増加部の終点の位置をＡ２とすると、Ａ２－Ａ１≧１５０°を満たす、請求項１に記載の遠心圧縮機。

【請求項3】

Ａ２－Ａ１≧１８０°を満たす、請求項２に記載の遠心圧縮機。

【請求項4】

前記外径増加部は、前記正方向に向かうにつれて前記外径Ｒが非線形的に増加する非線形増加部を含む、請求項１乃至３の何れか１項に記載の遠心圧縮機。

【請求項5】

前記非線形増加部のうち前記周方向における２１０°の位置から３６０°の位置までの範囲に属する部分は、上に凸な凸曲線部を含む、請求項４に記載の遠心圧縮機。

【請求項6】

前記非線形増加部のうち前記周方向における６０°の位置から２１０°の位置までの範囲に属する部分は、下に凸な凸曲線部を含む、請求項４又は５に記載の遠心圧縮機。

【請求項7】

前記インペラの回転軸線に直交する断面において、前記ディフューザ部の外周縁のうち、前記外径Ｒが最大となる位置と前記外径Ｒが最小となる位置とを接続する部分は、楕円の一部によって形成される、請求項１乃至６の何れか１項に記載の遠心圧縮機。

【請求項8】

前記楕円の中心は、前記インペラの回転軸線に対して偏心している、請求項７に記載の遠心圧縮機。

【請求項9】

請求項１乃至８の何れか１項に記載の遠心圧縮機を備えたターボチャージャ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、遠心圧縮機及びターボチャージャに関する。

【背景技術】

【0002】

遠心圧縮機のケーシングは、インペラの外周側にスクロール流路を形成するスクロール部と、インペラで圧縮された圧縮空気をスクロール流路に供給するディフューザ流路を形成するディフューザ部とを備える。

【0003】

特許文献１には、遠心圧縮機における圧力脈動を低減するための構成として、スクロール部の舌部近傍の巻き始め側の領域におけるディフューザ部の外径を他の領域よりも拡張した構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０－５２９３５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

遠心圧縮機のディフューザ流路では、インペラの径方向における外側に向かうにつれて環状の流路面積が拡大することにより、空気の運動エネルギーが圧力エネルギーに変換されて圧力が回復する。したがって、遠心圧縮機のスクロール流路及びその下流側の出口流路における圧力損失を低減するためには、ディフューザ流路でなるべく圧力を回復させることが好ましく、そのためにはディフューザ部の外径を大きくすることが有効である。

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載のように舌部近傍の巻き始め側の領域において他の領域よりもディフューザ部の外径を拡張する場合、スクロール流路の圧力損失が増大して遠心圧縮機の効率低下を招きやすい。

【0007】

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、高効率な遠心圧縮機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る遠心圧縮機は、
インペラ及びケーシングを備える遠心圧縮機であって、
前記ケーシングは、
前記インペラの外周側にスクロール流路を形成するスクロール部と、
前記インペラで圧縮された圧縮空気を前記スクロール流路に供給するディフューザ流路を形成するディフューザ部と、
を備え、
前記インペラの周方向における前記スクロール部の舌部の位置を６０°と定義し、前記インペラの回転方向における下流方向を前記周方向の位置の正方向と定義すると、
前記周方向の位置と前記ディフューザ部の外径Ｒとの関係を示すディフューザ部外径分布は、前記正方向に向かうにつれて前記外径Ｒが増加する外径増加部を含み、
前記ディフューザ部外径分布において、前記外径増加部の始点の位置は１５０°以下であり、前記外径増加部の終点の位置は２７０°以上である。

【0009】

上記（１）に記載の遠心圧縮機によれば、スクロール流路の断面積が比較的小さくディフューザ部の外径Ｒの増加がスクロール流路の断面形状に与える影響が大きい巻き始め側の位置（１５０°以下の位置）ではディフューザ部の外径Ｒを小さくしつつ、スクロール流路の断面積が比較的大きくディフューザ部の外径Ｒの増加がスクロール流路の断面形状に与える影響が比較的小さい巻き終わり側の位置（２７０°以上の位置）ではディフューザ部の外径Ｒを大きくすることができる。したがって、ディフューザ部の外径Ｒを延長することによる効率向上効果（ディフューザ流路の圧力回復による効率向上効果）を効果的に得ることができ、高効率な遠心圧縮機を実現することができる。

【0010】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の遠心圧縮機において、
前記ディフューザ部外径分布において、前記外径増加部の始点の位置をＡ１、前記外径増加部の終点の位置をＡ２とすると、Ａ２－Ａ１≧１５０°を満たす。

【0011】

上記（２）に記載の遠心圧縮機によれば、上記（１）に記載の効率向上効果をより効果的に得ることができる。

【0012】

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載の遠心圧縮機において、
Ａ２－Ａ１≧１８０°を満たす。

【0013】

上記（３）に記載の遠心圧縮機によれば、上記（１）に記載の効率向上効果をより効果的に得ることができる。

【0014】

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかに記載の遠心圧縮機において、
前記外径増加部は、前記正方向に向かうにつれて前記外径Ｒが非線形的に増加する非線形増加部を含む。

【0015】

上記（４）に記載の遠心圧縮機によれば、非線形増加部の形状を適切に設定することにより、上記（１）に記載の効率向上効果をより効果的に得ることができる。

【0016】

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載の遠心圧縮機において、
前記非線形増加部のうち前記周方向における２１０°の位置から３６０°の位置までの範囲に属する部分は、上に凸な凸曲線部を含む。

【0017】

上記（５）に記載の遠心圧縮機によれば、スクロール流路の断面積が比較的大きくディフューザ部の外径Ｒの増加がスクロール流路の断面形状に与える影響が比較的小さい巻き終わり側において、ディフューザ部の外径Ｒを周方向における広い範囲に亘って大きくすることができる。したがって、ディフューザ部の外径Ｒを延長することによる効率向上効果を効果的に得ることができ、高効率な遠心圧縮機を実現することができる。

【0018】

（６）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）に記載の遠心圧縮機において、
前記非線形増加部のうち前記周方向における６０°の位置から２１０°の位置までの範囲に属する部分は、下に凸な凸曲線部を含む。

【0019】

上記（６）に記載の遠心圧縮機によれば、スクロール流路の断面積が比較的小さくディフューザ部の外径Ｒの増加がスクロール流路の断面形状に与える影響が大きい巻き始め側において、ディフューザ部の外径Ｒを周方向における広い範囲に亘って小さくすることができる。したがって、ディフューザ部の外径Ｒを延長することによる効率向上効果を効果的に得ることができ、高効率な遠心圧縮機を実現することができる。

【0020】

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかに記載の遠心圧縮機において、
前記インペラの回転軸線に直交する断面において、前記ディフューザ部の外周縁のうち、前記外径Ｒが最大となる位置と前記外径Ｒが最小となる位置とを接続する部分は、楕円の一部によって形成される。

【0021】

上記（７）に記載の遠心圧縮機によれば、インペラの回転軸線に直交する２つの座標軸で定まる座標系において、外径Ｒが最大となる位置と外径Ｒが最小となる位置において、ディフューザ部の外周縁を上記２つの座標の何れにおいても滑らかに接続することができる。これにより、スクロール流路の周方向の静圧分布において静圧が周方向に急変しないような流れ場を形成することができる。したがって、高効率な遠心圧縮機を実現することができる。

【0022】

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）に記載の遠心圧縮機において、
前記楕円の中心は、前記インペラの回転軸線に対して偏心している。

【0023】

上記（８）に記載の遠心圧縮機によれば、外径増加部を周方向の広い範囲に亘って形成することが可能となり、高効率な遠心圧縮機を実現することができる。

【0024】

（９）本発明の少なくとも一実施形態に係るターボチャージャは、
上記（１）乃至（８）の何れかに記載の遠心圧縮機を備える。

【0025】

上記（９）に記載のターボチャージャによれば、上記（１）乃至（８）の何れかに記載の遠心圧縮機を備えるため、高効率なターボチャージャを実現することができる。

【発明の効果】

【0026】

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、高効率な遠心圧縮機が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】一実施形態に係る遠心圧縮機２の回転軸線Ｏに沿った概略断面図である。

【図2】図１に示す遠心圧縮機２のスクロール流路８の軸方向に垂直な断面の一例を模式的に示す図である。

【図3】図２に示した遠心圧縮機２の周方向における所定角度毎のスクロール流路８の断面形状変化を示す図である。

【図4】一実施形態に係る周方向の位置とディフューザ部１４の外径Ｒとの関係を示すディフューザ部外径分布Ｆｄを示す図である。

【図5A】一比較形態に係る遠心圧縮機について、周方向における所定角度毎のスクロール流路８の断面形状変化を示す図である。

【図5B】他の比較形態に係る遠心圧縮機について、周方向における所定角度毎のスクロール流路８の断面形状変化を示す図である。

【図5C】他の比較形態に係る遠心圧縮機について、周方向における所定角度毎のスクロール流路８の断面形状変化を示す図である。

【図6】他の実施形態に係る周方向の位置とディフューザ部１４の外径Ｒとの関係を示すディフューザ部外径分布Ｆｄの他の一例を示す図である。

【図7】一比較形態に係る周方向の位置とディフューザ部１４の外径Ｒとの関係を示すディフューザ部外径分布Ｆｄを示す図である。

【図8】図６に示した実施形態、図７に示した比較形態、及び図５Ａに示した比較形態における、遠心圧縮機の空気流量と効率の関係を遠心圧縮機の回転数毎に示す図である。

【図9】他の実施形態に係る周方向の位置とディフューザ部１４の外径Ｒとの関係を示すディフューザ部外径分布Ｆｄを示す図である。

【図10】他の実施形態に係る周方向の位置とディフューザ部１４の外径Ｒとの関係を示すディフューザ部外径分布Ｆｄを示す図である。

【図11】他の実施形態に係る周方向の位置とディフューザ部１４の外径Ｒとの関係を示すディフューザ部外径分布Ｆｄを示す図である。

【図12】他の実施形態に係るインペラ４の回転軸線Ｏに直交する断面におけるディフューザ部１４の外周縁１４ａ２（流路壁１４ａの外周縁１４ａ２）を示す図である。

【図13】図１２に示したディフューザ部１４のディフューザ部外径分布Ｆｄを示す図である。

【図14】図１２に示した基準円Ｓ１と外周縁１４ａ２の周方向の位置とＸ座標との関係を示す図である。

【図15】図１２に示した基準円Ｓと外周縁１４ａ２の周方向の位置とＹ座標との関係を示す図である。

【図16】他の実施形態に係るインペラ４の回転軸線Ｏに直交する断面におけるディフューザ部１４の外周縁１４ａ２（流路壁１４ａの外周縁１４ａ２）を示す図である。

【図17】図１６に示したディフューザ部１４のディフューザ部外径分布Ｆｄを示す図である。

【図18】図１６に示した基準円Ｓ１と外周縁１４ａ２の周方向の位置とＸ座標との関係を示す図である。

【図19】図１６に示した基準円Ｓと外周縁１４ａ２の周方向の位置とＹ座標との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【0029】

図１は、一実施形態に係る遠心圧縮機２の回転軸線Ｏに沿った概略断面図である。図２は、図１に示す遠心圧縮機２のスクロール流路８の軸方向に垂直な断面の一例を模式的に示す図である。図３は、図２に示した遠心圧縮機２の周方向における所定角度毎のスクロール流路８の断面形状変化を示す図である。遠心圧縮機２は、例えば、自動車用又は舶用のターボチャージャや、その他産業用遠心圧縮機、送風機等に適用可能である。

【0030】

例えば図１に示すように、遠心圧縮機２は、インペラ４と、インペラ４を収容するケーシング６とを含む。以下では、インペラ４の軸方向を単に「軸方向」といい、インペラ４の径方向を単に「径方向」といい、インペラ４の周方向を単に「周方向」ということとする。

【0031】

ケーシング６は、インペラ４の外周側にスクロール流路８を形成するスクロール部１０と、インペラ４で圧縮された圧縮空気をスクロール流路８に供給するディフューザ流路１２を形成するディフューザ部１４と、を備える。インペラ４の回転軸線Ｏに沿った断面において、スクロール流路８は略円形形状を有しており、ディフューザ流路１２は径方向に沿って直線状に形成されている。

【0032】

ディフューザ部１４は、ディフューザ流路１２を形成する一対の流路壁１４ａ，１４ｂによって構成されており、流路壁１４ａの流路壁面１４ａ１と流路壁１４ｂの流路壁面１４ｂ１は、回転軸線Ｏに沿った断面において、ディフューザ流路１２の出口１２ａ側で径方向に沿って直線状に形成されている。

【0033】

なお、図１においては、スクロール部１０とディフューザ部１４に便宜的に異なるハッチングを付しているが、ケーシング６は、スクロール部１０とディフューザ部１４との境界位置に関わらない任意の箇所で連結された複数のケーシング部品で構成されていてもよい。また、ケーシング６は、インペラ４を収容するコンプレッサハウジングの他に、インペラ４を回転可能に支持する軸受を収容するベアリングハウジングの一部を含んでいても良い。

【0034】

ここで、図２に示すように、周方向におけるスクロール部１０の舌部１６の位置（スクロール流路８の巻始め８ａと巻終わり８ｂとの接続位置）を６０°と定義し、インペラ４の回転方向ｒにおける下流方向を周方向の位置の正方向と定義する。なお、周方向における位置とは、インペラ４の回転軸線Ｏの周りの角度位置を意味し、本明細書では、角度位置の基準位置として舌部１６の位置を６０°と定義する。

【0035】

図３に示すように、スクロール流路８の流路断面の面積は、６０°の位置から３６０°の位置までインペラ４の回転方向における下流側へ進むにつれて拡大する。また、図３に示す例示的形態では、スクロール流路の断面中心Ｃとインペラ４の回転軸線Ｏ（図１参照）との距離Ｈは、６０°から３６０°にかけて一定となっている。

【0036】

図４は、一実施形態に係る周方向の位置とディフューザ部１４の外径Ｒとの関係を示すディフューザ部外径分布Ｆｄを示す図である。なお、ディフューザ部１４の外径Ｒとは、ディフューザ流路１２の出口１２ａ（図１参照）とインペラ４の回転軸線Ｏとの距離Ｒ、すなわち、流路壁１４ａの外周縁１４ａ２とインペラ４の回転軸線Ｏとの距離Ｒを意味する。

【0037】

図４に示すように、ディフューザ部外径分布Ｆｄは、周方向における正方向に向かうにつれてディフューザ部１４の外径Ｒが増加する外径増加部１８を含む。また、ディフューザ部外径分布Ｆｄにおいて、外径増加部１８の始点の位置Ａ１（外径Ｒの増加が開始する角度位置）は１５０°以下であり、外径増加部１８の終点の位置Ａ２（外径Ｒの増加が終了する角度位置）は２７０°以上である。図示する例示的なディフューザ部外径分布では、位置Ａ１は６０°であり、位置Ａ２は３６０°であり、位置Ａ１から位置Ａ２にかけてディフューザ部１４の外径Ｒが線形的に増加している。また、図示する例示的なディフューザ部外径分布は、Ａ２－Ａ１≧１５０°及びＡ２－Ａ１≧１８０°を満たしている。

【0038】

ここで、位置Ａ１を１５０°以下とし、位置Ａ２を２７０°以上とすることにより得られる効果について、図５Ａ～図５Ｃに示す３つの比較形態と対比して説明する。

【0039】

前述のように、遠心圧縮機のスクロール流路及びその下流側の出口流路における圧力損失を低減するためには、ディフューザ流路でなるべく圧力を回復させることが好ましく、そのためにはディフューザ部の外径を大きくすることが有効である。一方、ディフューザ部の外径を大きくすることは遠心圧縮機の全体サイズの増加や搭載性の悪化に繋がるため、ディフューザ部の外径の拡大には限界がある。

【0040】

典型的な遠心圧縮機では、図５Ａに示すように、スクロール流路８における巻き始めの位置での外径Ｅ１は、スクロール流路８の巻き終わりの位置での外径Ｅ２（最大外径）よりも小さい。図５Ａに示す構成に対し、図５Ｂに示すように巻き始め側でのディフューザ部１４の外径Ｒを単純に大きくした場合、スクロール流路８の断面中心Ｃとインペラ４の回転軸線Ｏとの距離Ｈは巻き始め側から巻き終わり側に向かうにつれて小さくなる。この場合、スクロール流路８の巻き始め側で減速して圧力が回復した流れが、巻き終わり側に向かって再び増速して圧力が低下するため、圧力損失が増大して効率が低下してしまう。

【0041】

このため、スクロール流路８の断面中心Ｃとインペラ４の回転軸線Ｏとの距離Ｈを周方向に一定にしたままディフューザ部１４の外径Ｒのみを延長するのが好ましいが、このような形状を作るのは困難を伴う。図５Ｃに示すように、図５Ａに示す構成に対してスクロール流路８の外径寸法を変えずにディフューザ部１４の外径Ｒを延長する場合、ディフューザ部１４の外径Ｒの延長限界は、スクロール流路８の断面の曲率が開始する位置Ｐ０によって決まる。なぜなら、これ以上ディフューザ部１４の外径Ｒを拡大すると、スクロール流路８を形成する壁面の曲率によってディフューザ流路１２が径方向外側に向かうにつれて絞られてしまうからである。また、図５Ｃに示すようにディフューザ部１４の外径Ｒを延長する場合、スクロール流路８のうち特に断面積の小さな巻き始め側の断面形状が大幅に変化してしまい、スクロール流路８の断面形状が円形とはかけ離れた形状になってしまう結果、スクロール流路８の巻き始め側での圧力損失の増大に繋がってしまう。

【0042】

これに対し、図４に示す実施形態では、上述のように、外径増加部１８の始点の位置Ａ１は１５０°以下であり、外径増加部１８の終点の位置Ａ２は２７０°以上である。これにより、スクロール流路８の断面積が比較的小さくディフューザ部１４の外径Ｒの増加が断面形状に与える影響が大きい巻き始め側の位置（１５０°以下の位置）ではディフューザ部１４の外径Ｒを小さくしつつ、スクロール流路８の断面積が比較的大きくディフューザ部の外径Ｒの増加が断面形状に与える影響が比較的小さい巻き終わり側の位置（２７０°以上の位置）ではディフューザ部１４の外径Ｒを大きくすることができる。したがって、ディフューザ部１４の外径Ｒを延長することによる効率向上効果を効果的に得ることができ、高効率な遠心圧縮機を実現することができる。また、Ａ２－Ａ１≧１５０°（より好ましくはＡ２－Ａ１≧１８０°）を満たすことにより、上記効率向上効果を一層高めることができる。

【0043】

図６は、他の実施形態に係る周方向の位置とディフューザ部１４の外径Ｒとの関係を示すディフューザ部外径分布Ｆｄの他の一例を示す図である。図７は、一比較形態に係る周方向の位置とディフューザ部１４の外径Ｒとの関係を示すディフューザ部外径分布Ｆｄを示す図である。

【0044】

図６に示した実施形態では、ディフューザ部外径分布Ｆｄは正弦波形状を有しており、外径増加部１８の始点の位置Ａ１は１５０°であり、外径増加部１８の終点の位置Ａ２は３３０°である。したがって、図６に示すディフューザ部外径分布Ｆｄにおいても、図４に示したディフューザ部外径分布Ｆｄと同様に、位置Ａ１は１５０°以下であり、位置Ａ２は２７０°以上であり、Ａ２－Ａ１≧１５０°及びＡ２－Ａ１≧１８０°を満たしている。

【0045】

図７に示した比較形態では、ディフューザ部外径分布Ｆｄは正弦波形状を有しており、図６に示したディフューザ部外径分布Ｆｄに対して１８０°位相がずれている。このため、図７に示すディフューザ部外径分布Ｆｄでは、１５０°から３３０°までディフューザ部１４の外径Ｒは減少する。

【0046】

図８は、図６に示した実施形態、図７に示した比較形態、及び図５Ａに示した比較形態における、遠心圧縮機の空気流量と効率の関係を遠心圧縮機の回転数毎に示す図である。図８において、実線は図６に示した実施形態の性能試験結果を示しており、破線は図７に示した比較形態の性能試験結果を示しており、一点鎖線は図５Ａに示した比較形態の性能試験結果を示している。図８に示す性能試験結果によれば、位置Ａ１が１５０°以下であり位置Ａ２は２７０°以上である実施形態では、他の２つの比較形態に対して０．５％程度効率を向上し得ることが明らかとなった。

【0047】

次に、図９～図１２を用いて他の幾つかの実施形態について説明する。
図９は、他の実施形態に係る周方向の位置とディフューザ部１４の外径Ｒとの関係を示すディフューザ部外径分布Ｆｄを示す図である。図１０は、他の実施形態に係る周方向の位置とディフューザ部１４の外径Ｒとの関係を示すディフューザ部外径分布Ｆｄを示す図である。図１１は、他の実施形態に係る周方向の位置とディフューザ部１４の外径Ｒとの関係を示すディフューザ部外径分布Ｆｄを示す図である。

【0048】

図９～図１１に示す幾つかの実施形態においても、ディフューザ部外径分布Ｆｄにおける外径増加部１８の始点の位置Ａ１は１５０°以下であり、外径増加部１８の終点の位置Ａ２は２７０°以上である。また、位置Ａ１は６０°であり、位置Ａ２は３６０°であり、Ａ２－Ａ１≧１５０°及びＡ２－Ａ１≧１８０°を満たしている。

【0049】

幾つかの実施形態では、例えば図９～図１１に示すように、外径増加部１８は、正方向に向かうにつれてディフューザ部１４の外径Ｒが非線形的に増加する非線形増加部２０を含む。

【0050】

幾つかの実施形態では、例えば図９及び図１１に示すように、非線形増加部２０のうち周方向における２１０°の位置から３６０°の位置までの範囲に属する部分２２は、上に凸な凸曲線部２４を含む。

【0051】

かかる構成によれば、スクロール流路８の断面積が比較的大きくディフューザ部１４の外径Ｒの増加が断面形状に与える影響が比較的小さい巻き終わり側において、ディフューザ部１４の外径Ｒを周方向における広い範囲に亘って大きくすることができる。したがって、ディフューザ部１４の外径Ｒを延長することによる効率向上効果を効果的に得ることができ、高効率な遠心圧縮機を実現することができる。

【0052】

幾つかの実施形態では、例えば図１０及び図１１に示すように、非線形増加部２０のうち周方向における６０°の位置から２１０°の位置までの範囲に属する部分２６は、下に凸な凸曲線部２８を含む。

【0053】

かかる構成によれば、スクロール流路８の断面積が比較的小さくディフューザ部１４の外径Ｒの増加が断面形状に与える影響が大きい巻き始め側において、ディフューザ部１４の外径Ｒを周方向における広い範囲に亘って小さくすることができる。したがって、ディフューザ部１４の外径Ｒを延長することによる効率向上効果を効果的に得ることができ、高効率な遠心圧縮機を実現することができる。

【0054】

幾つかの実施形態では、例えば図１１に示すように、ディフューザ部外径分布Ｆｄは、周方向における６０°の位置から３６０°の位置までの範囲においてＳ字状である。

【0055】

かかる構成によれば、スクロール流路８の断面積が比較的大きくディフューザ部１４の外径Ｒの増加が断面形状に与える影響が比較的小さい巻き終わり側において、ディフューザ部１４の外径Ｒを周方向における広い範囲に亘って大きくすることができる。また、スクロール流路８の断面積が比較的小さくディフューザ部１４の外径Ｒの増加が断面形状に与える影響が大きい巻き始め側において、ディフューザ部１４の外径Ｒを周方向における広い範囲に亘って小さくすることができる。したがって、ディフューザ部１４の外径Ｒを延長することによる効率向上効果を効果的に得ることができ、高効率な遠心圧縮機を実現することができる。

【0056】

幾つかの実施形態では、例えば図１１に示すように、ディフューザ部外径分布Ｆｄにおける巻き終わり側の大径部３０と巻き始め側の小径部３２とは屈曲点を持たない滑らかな線によって接続される。図１１に示す例示的形態では、ディフューザ部外径分布Ｆｄは、３６０°（０°）の位置に対して正方向側において、３６０°の位置と６０°の位置との間に上に凸な凸曲線部３４と下に凸な凸曲線部３６とを含む。これにより、周方向の静圧分布が急変しない流れ場を形成することができる。幾つかの実施形態では、図４、図６、図９及び図１０に示すディフューザ部外径分布Ｆｄにおいて、図１１に示すディフューザ部外径分布Ｆｄと同様に３６０°の位置と６０°の位置との間に上に凸な凸曲線部３４と下に凸な凸曲線部３６と含んでいてもよい。

【0057】

図１２は、他の実施形態に係るインペラ４の回転軸線Ｏに直交する断面におけるディフューザ部１４の外周縁１４ａ２（流路壁１４ａの外周縁１４ａ２）を示す図である。図１３は、図１２に示したディフューザ部１４のディフューザ部外径分布Ｆｄを示す図である。図１４は、図１２に示した基準円Ｓ１と外周縁１４ａ２の周方向の位置とＸ座標との関係を示す図である。図１５は、図１２に示した基準円Ｓ１と外周縁１４ａ２の周方向の位置とＹ座標との関係を示す図である。なお、図１２に示す例示的形態では０°（３６０°）の位置がＸ座標の正方向、９０°の位置がＹ座標の正方向である。

【0058】

図１２において、実線は一実施形態に係るディフューザ部１４の外周縁１４ａ２を示しており、一点鎖線はインペラ４の回転軸線Ｏを中心とする基準円Ｓ１を示しており、破線はインペラ４の回転軸線Ｏを中心とする楕円Ｓ２を示している。

【0059】

図１２に示すように、外周縁１４ａ２、基準円Ｓ１及び楕円Ｓ２は、６０°の位置において接線Ｌ１を共有している。また、外周縁１４ａ２及び楕円Ｓ２は、３３０°の位置において接線Ｌ２を共有している。楕円Ｓ２の長辺は１５０°の位置と３３０°の位置を通り、楕円Ｓ２の短辺は６０°の位置と２４０°の位置を通る。

【0060】

また、図１３に示すディフューザ部外径分布Ｆｄにおける外径増加部１８の始点の位置Ａ１は１５０°以下であり、外径増加部１８の終点の位置Ａ２は２７０°以上である。また、位置Ａ１は６０°であり、位置Ａ２は３３０°であり、位置Ａ１から位置Ａ２にかけてディフューザ部１４の外径Ｒが線形的に増加している。また、Ａ２－Ａ１≧１５０°及びＡ２－Ａ１≧１８０°を満たしている。

【0061】

幾つかの実施形態では、図１２に示すように、インペラ４の回転軸線Ｏに直交する断面において、ディフューザ部１４の外周縁１４ａ２のうち、外径Ｒが最大となる位置Ａ２と外径Ｒが最小となる位置Ａ１とを接続する部分３８（位置Ａ２の正方向側且つ位置Ａ１の負方向側の部分）は、楕円Ｓ２の一部によって形成される。

【0062】

かかる構成によれば、インペラ４の回転軸線に直交するＸ軸及びＹ軸で定まる座標系において、図１４及び図１５に示すように、外径Ｒが最大となる位置Ａ２と外径Ｒが最小となる位置Ａ１において、外周縁１４ａ２をＸ座標及びＹ座標の何れにおいても滑らかに接続することができる。これにより、スクロール流路８の周方向の静圧分布において静圧が周方向に急変しないような流れ場を形成することができる。したがって、高効率な遠心圧縮機２を実現することができる。

【0063】

図１６は、他の実施形態に係るインペラ４の回転軸線Ｏに直交する断面におけるディフューザ部１４の外周縁１４ａ２（流路壁１４ａの外周縁１４ａ２）を示す図である。図１７は、図１６に示したディフューザ部１４のディフューザ部外径分布Ｆｄを示す図である。図１８は、図１６に示した基準円Ｓ１と外周縁１４ａ２の周方向の位置とＸ座標との関係を示す図である。図１９は、図１６に示した基準円Ｓ１と外周縁１４ａ２の周方向の位置とＹ座標との関係を示す図である。なお、図１６に示す例示的形態では０°（３６０°）の位置がＸ座標の正方向、９０°の位置がＹ座標の正方向である。

【0064】

図１６において、実線は一実施形態に係るディフューザ部１４の外周縁１４ａ２を示しており、一点鎖線はインペラ４の回転軸線Ｏを中心とする基準円Ｓ１を示しており、破線はインペラ４の回転軸線ＯからＸ座標の負方向に偏心した中心Ｇを有する楕円Ｓ２を示している。

【0065】

図１６に示すように、外周縁１４ａ２、基準円Ｓ１及び楕円Ｓ２は、６０°の位置において接線Ｌ１を共有している。また、外周縁１４ａ２及び楕円Ｓ２は、３６０°の位置において接線Ｌ２を共有している。楕円Ｓ２の長辺は１８０°の位置と３６０°の位置を通る。

【0066】

また、図１７に示すディフューザ部外径分布Ｆｄにおける外径増加部１８の始点の位置Ａ１は１５０°以下であり、外径増加部１８の終点の位置Ａ２は２７０°以上である。また、位置Ａ１は６０°であり、位置Ａ２は３６０°であり、位置Ａ１から位置Ａ２にかけてディフューザ部１４の外径Ｒが線形的に増加している。また、Ａ２－Ａ１≧１５０°及びＡ２－Ａ１≧１８０°を満たしている。

【0067】

幾つかの実施形態では、図１６に示すように、インペラ４の回転軸線Ｏに直交する断面において、ディフューザ部１４の外周縁１４ａ２のうち、外径Ｒが最大となる位置Ａ２と外径Ｒが最小となる位置Ａ１とを接続する部分３８（位置Ａ２の正方向側且つ位置Ａ１の負方向側の部分）は、楕円Ｓ２の一部によって形成される。

【0068】

かかる構成によれば、インペラ４の回転軸線に直交するＸ軸及びＹ軸で定まる座標系において、図１４及び図１５に示すように、外径Ｒが最大となる位置Ａ２と外径Ｒが最小となる位置Ａ１において、外周縁１４ａ２をＸ座標及びＹ座標の何れにおいても滑らかに接続することができる。これにより、スクロール流路の周方向の静圧分布において静圧が周方向に急変しないような流れ場を形成することができる。また、楕円Ｓ２の中心Ｇがインペラ４の回転軸線Ｏに対して偏心しているため、外径増加部１８を周方向の広い範囲に亘って形成することができる。したがって、高効率な遠心圧縮機を実現することができる。

【0069】

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

【符号の説明】

【0070】

２ 遠心圧縮機
４ インペラ
６ ケーシング
８ スクロール流路
８ａ 巻始め
１０ スクロール部
１２ ディフューザ流路
１４ ディフューザ部
１４ａ２ 外周縁
１４ａ 流路壁
１４ａ，１４ｂ 流路壁
１４ａ 路壁
１４ａ，１４ｂ 路壁
１４ａ１，１４ｂ１ 流路壁面
１６ 舌部
１８ 外径増加部
２０ 非線形増加部
２２，２６，３８ 部分
２４，２８，３４，３６ 凸曲線部
３０ 大径部
３２ 小径部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】