JP2012193716A - 遠心圧縮機のスクロール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】スクロール流路の舌部近傍において、さらにスクロール全周において、ディフューザ出口との接続部も含めたスクロール断面形状を見直して、高流量運転時および低流量運転時の広範囲の運転にける損失低減効果を向上する遠心圧縮機のスクロール構造を提供することを目的とする。
【解決手段】スクロール流路１３の軸方向断面形状は略円形形状からなり、該略円形形状へ接続するディフューザ出口を円形形状への接線位置より円形中心側であって該円形中心に達しない位置にシフトし、円形形状はディフューザ出口１１ａ位置に対して軸方向に大きく張り出したスクロール室３０と、該スクロール室３０とは反対方向に略円形形状の残りの部分を形成したシフト室３２とによって構成され、シフト室３２は少なくとも渦巻きの周方向における巻き終わり部１９のスクロール流路１３に形成されることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車両用、舶用ターボチャージャ等に用いられる遠心圧縮機のスクロール構造（渦巻室構造）に関するものである。

車両用、舶用ターボチャージャのコンプレッサ部等に用いられる遠心圧縮機は、羽根車の回転を介して流体に運動エネルギーを与えるとともに、径方向外側に流体を吐出することで遠心力による圧力上昇を得るものである。
この遠心圧縮機は広い運転範囲において高圧力比と高効率化が要求され、スクロール構造について種々の工夫がされている。

従来技術として、例えば、特許文献１（特許４４９２０４５号公報）には、渦巻状に形成されたスクロール流路が設けられたケーシングを備えた遠心圧縮機であって、そのスクロール流路の軸方向の流路幅が、径方向内方から外方へかけて徐々に拡大していき、径方向の流路幅の中間点よりも径方向外側で最大となるように形成される技術が示されている。

また、特許文献２（特公表２０１０−５２９３５８号公報）には、ターボチャージャ用の遠心圧縮機に関して、螺旋型のハウジングとディフューザとを備え、ディフューザが、螺旋形ハウジングの移行領域若しくは舌部の位置する領域における負圧域が低減されるように、その径を拡張されて形成されることが示されている。

特許４４９２０４５号公報 特表２０１０−５２９３５８号公報

前記特許文献１に示されるようなスクロール流路の断面形状の改良や、特許文献２に示されるようなディフューザ部分の改良が行われているが、コンプレッサの効率向上のためにさらなる改良が必要である。
図１２、１３に示すようにコンプレッサの羽根車０１の外周側にディフューザ０２が形成され、その外周側にスクロール流路０３が設けられており、そのスクロール流路０３の断面形状は一般的には、円形形状に形成され、スクロール流路０３の巻き始めと巻き終わりの流路接続部０４は、舌部０５の部分で接続される。また巻き終わり以降は出口流路０６を通って吐出されるようになっている。

舌部０５から時計方向に所定角度Δθ毎にθ１、θ２、…におけるスクロール断面形状を重ねて表したものを図１３に示す。
舌部０５においては、流路接続部０４が図１３の斜線で示すように円形部０９と該円形部０９に接するようにディフューザ０２の出口部０１１が接続した形状となっている。

そして、舌部０５の近傍においては、ディフューザ出口流れＡとスクロール流路内旋回流れＢとが干渉し、該干渉に起因してはく離流が発生し、流れ損失を発生する問題が生じる。図９（ｂ）を参照して、このディフューザ出口流れＡとスクロール流路内旋回流れＢとの干渉について説明する。図９（ｂ）は、図１２のＣ−Ｃ線断面図を示し、円形断面形状の出口流路０６と円形断面形状のスクロール流路０３とが交差することで舌部０５近傍の交差部に稜線Ｐが生じる。このため、ディフューザ出口流れＡは舌部０５近傍では、上向き速度成分を持ち、スクロール流路内旋回流れＢと干渉する。その干渉によって舌部０５近傍に流れのはく離が生じ、流れ損失の原因となっている。

そこで、本発明は、これら知見に基づいて、スクロール流路の舌部近傍において、さらにスクロール全周において、ディフューザ出口との接続部も含めたスクロール断面形状を見直して、高流量運転時および低流量運転時の広範囲の運転における損失低減効果を向上する遠心圧縮機のスクロール構造を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、羽根車の外周側に設けられたディフューザと、該ディフューザの外周と接続して渦巻き状に形成されたスクロール流路とを備えた遠心圧縮機のスクロール構造において、前記スクロール流路の軸方向断面形状は略円形形状からなり、該略円形形状へ接続するディフューザ出口を円形形状への接線位置より円形中心側であって該円形中心に達しない位置にシフトし、前記略円形形状はディフューザ出口位置に対して軸方向に大きく張り出したスクロール室と、該スクロール室とは反対方向に前記略円形形状の残りの部分を形成したシフト室とによって構成され、前記シフト室は少なくとも渦巻きの周方向における巻き終わり部分のスクロール流路に形成されることを特徴とする。

かかる発明によれば、周方向の巻き終わり部分のスクロール流路の断面形状において、スクロール流路の軸方向断面形状はほぼ円形形状からなるとともに、該略円形形状へ接続するディフューザ出口を円形形状への接線位置より円形中心側にシフトした位置に形成し、前記略円形形状はディフューザ出口位置に対して軸方向に大きく張り出したスクロール室と、該スクロール室とは反対方向に前記略円形形状の残りの部分を形成したシフト室とによって構成することによって、ディフューザ出口流れＡは図９（ａ）に示すように、スクロール流路壁面に沿ってコンプレッサ回転軸方向下向き（図９（ａ）における下向き）の速度成分を持つ。
このため、図９（ａ）に示すようにディフューザ出口流れＡの向きを、スクロール流路内旋回流れＢの流れに適合でき、ディフューザ出口流れＡとスクロール流路内旋回流れＢとの干渉が防止され、該干渉に起因して生じる舌部近傍におけるはく離の発生が抑制される。

また、本発明によれば、従来技術（図９（ｂ））においては、円形断面形状と円形断面形状とがずれて交差することで交差部が山形に隆起して稜線Ｐの部分が生じるが、本発明においては、図９（ａ）に示すように、ディフューザ出口の接続位置を円形形状への接線位置より円形中心側にシフトすることによって、円形形状と円形形状とがずれて交差してもその交差部分に稜線が生じ難くなり、舌部近傍における稜線Ｐの発生を抑え稜線部分の距離を短縮できる。その結果、稜線部分において生じるディフューザ出口流れＡとスクロール流路内旋回流れＢとの干渉が抑制され、該干渉に起因して生じるはく離の発生が抑制され、流れ損失を低減できる。

以上のように、本発明によれば、ディフューザ出口流れＡの向きを、スクロール流路内旋回流れＢの流れに適合させること、及び舌部近傍における稜線の発生を抑えて、稜線距離を短縮することが相俟って、ディフューザ出口流れＡとスクロール内旋回流れＢとの干渉が防止されて、該干渉に起因して生じる舌部近傍におけるはく離の発生が抑制され、流れ損失が抑えられる。

また、本発明において好ましくは、前記シフト室は、前記巻き終わり部分から周方向に略１８０度前の位置からシフトを開始し、略３６０度位置で最大となるように増大し、周方向角度の増大に従って線形または放物線状にシフト量を増大するとよい。

このように、シフト量を、ほぼ周方向に１８０度の範囲にわたって徐々に増大させることで、シフト室の周方向形状を滑らかに変化させてスクロール流路の周方向流れに対する損失を抑える。

また、本発明において好ましくは、前記シフト室は、さらに巻き始め部分のスクロール流路にも形成されるとよい。

低流量運転時の流れ場では、スクロール流路の舌部近傍から出口流路に向かって圧力が上昇するため、舌部近傍においては、出口流路（スクロール流路の巻き終わり部分）の高圧力側から低圧力側（スクロール流路の巻き始め部分）に向かう再循環流れが発生する（図１１（ａ）の矢印Ｚ、スクロール流路内旋回流れＢを伴って旋回しながら矢印Ｚ方向に流れる）。
一方、高流量運転時の流れ場では、逆に、スクロール流路の舌部近傍から出口流路に向かって圧力が低下するため、舌部近傍においては、出口流路に向かう流れが生じる（図１１（ｂ）の矢印Ｙ、スクロール流路内旋回流れＢを伴って旋回しながら矢印Ｙ方向に流れる）。

従って、高流量運転時においては、スクロール流路内旋回流れＢを伴って矢印Ｙ方向（図１１（ｂ））に流れる該スクロール流路内旋回流れＢと、ディフューザ出口流れＡとの干渉が、前述したように、ディフューザ出口流れＡの向きがスクロール流路内旋回流れＢの流れに適合されること、および舌部近傍における稜線の発生を抑えて稜線距離が短縮されることによって防止され、該干渉に起因して生じる舌部近傍におけるはく離の発生が抑制され、流れ損失が抑えられる。

また、本発明において好ましくは、前記巻き始め部分のスクロール流路の巻き終わり部分への接続開口の形状が、ディフューザ出口の幅と同一高さを有した扁平形状に形成され、該扁平形状の一方面に前記シフト室が設けられ、該シフト室の高さが周方向に沿って変化するとよい。

前記したように巻き始め部分にシフト室を形成することは、高流量運転時において舌部近傍から出口流路側に向う流れに生じる流れ損失の低減に効果を発揮するが、この効果に加えて、巻き始め部分のスクロール流路の巻き終わり部分への接続開口の形状が、ディフューザ出口の幅と同一高さを有した扁平形状に形成されることによって、断面円形形状による接続部に比べて、流通面積を小さくすることができ、低流量運転時に生じる出口流路（スクロール流路の巻き終わり部分）から舌部近傍に向かう再循環流れ（図１１（ａ）の矢印Ｚ）の流入を抑制できる。

さらに、図１０（ｂ）に示すように、巻き始め部分の開口部がディフューザ出口の幅と同一高さを有した扁平形状で形成されるため、出口流路（スクロール流路の巻き終わり部分）のスクロール流路内旋回流れＢが、巻き始め部分のスクロール流路内流入流れＥとして流入することが防止され、それによって、図１０（ａ）に示すような、巻き始め部分の円弧形状断面内でのはく離による流れ損失を低減できる。

また、本発明において好ましくは、前記シフト室は、周方向全体にわたってスクロール流路に形成されるとよい。
このようにシフト室が全周にわたって形成されるため、前記巻き始め部分や、巻き終わり部分にシフト室を形成することによって得られる作用効果を得つつ、さらに、シフト室を周方向の一部に形成するよりも、製造が容易化され、さらに、シフト室を周方向の一部に形成するよりもスクロール流路の周方向流れに対する損失を抑えることができる。

本発明によれば、スクロール流路の軸方向断面形状はほぼ円形形状からなるとともに、該略円形形状へ接続するディフューザ出口を円形形状への接線位置より円形中心側にシフトした位置に形成し、前記略円形形状はディフューザ出口位置に対して軸方向に大きく張り出したスクロール室と、該スクロール室とは反対方向に前記略円形形状の残りの部分を形成したシフト室とによって構成することによって、ディフューザ出口流れＡは図９（ａ）に示すように、スクロール流路壁面に沿って軸方向下向きの速度成分を持つ。
このため、図９（ａ）に示すようにディフューザ出口流れＡの向きを、スクロール流路内旋回流れＢの流れに適合でき、ディフューザ出口流れＡとスクロール流路内旋回流れＢとの干渉が防止され、該干渉に起因して生じる舌部近傍におけるはく離の発生が抑制され損失低減効果を向上できる。

また、本発明によれば、従来技術（図９（ｂ））においては、円形断面形状と円形断面形状とがずれて交差することで交差部が山形に隆起して稜線Ｐの部分が生じるが、本発明においては、図９（ａ）に示すように、ディフューザ出口の接続位置を円形形状への接線位置より円形中心側にシフトすることによって、円形形状と円形形状とがずれて交差してもその交差部分に稜線が生じ難くなり、舌部近傍における稜線Ｐの発生を抑え稜線部分の距離を短縮できる。その結果、稜線部分において生じるディフューザ出口流れＡとスクロール流路内旋回流れＢとの干渉が抑制され、該干渉に起因して生じるはく離の発生が抑制され、流れ損失を低減できる。

本発明にかかる遠心圧縮機のスクロール構造を示す軸方向断面概要図である。 本発明にかかる遠心圧縮機のスクロール構造を示す全体断面図である。 （ａ）はスクロール断面形状の第１実施形態を示す説明図である。（ｂ）はコンプレッサハウジングに傾斜角αを設けた例である。（ｃ）はベアリングハウジング側に傾斜角αを設けた例である。 スクロール断面形状の第２実施形態を示す説明図である。 スクロール断面形状の第３実施形態を示す説明図である。 スクロール断面形状の第４実施形態を示す説明図である。（ａ）は第１実施形態に対応しシフト室が巻き終わり部に設けられ、（ｂ）は第２実施形態に対応しシフト室が巻き終わり部と巻き始め部に設けられ、（ｃ）は第３実施形態に対応しシフト室が周方向の全範囲に設けられる場合を示す。 スクロール断面形状の第５実施形態を示す説明図である。 シフト室のシフト量の周方向角度に対する変化を示す説明図である。 スクロール流路の、巻き始め部と巻き終わり部との交差部の断面図である。（ａ）は本発明を示し図２のＤ−Ｄ線断面図を示し、（ｂ）は従来技術を示し図１２のＣ−Ｃ線断面図を示す。 図２のＤ−Ｄ線断面図であり、（ａ）は第１〜３実施形態を示し、（ｂ）は第４実施形態を示す。 舌部近傍の流れ場の説明図であり、（ａ）は低流量時の舌部近傍の流れ、（ｂ）は高流量時の流れを示す。 従来技術の説明図である。 従来技術の説明図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（第１実施形態）
図１は本発明の遠心圧縮機１の軸方向断面の概要図を示す。本実施形態はターボチャージャに適用される遠心圧縮機１を示すものであり、図示しないタービンに駆動された回転軸３に固定されたハブ５の表面に複数のコンプレッサ翼７が立設され、そのコンプレッサ翼７の外側をコンプレッサハウジング９が覆っている。また、コンプレッサ翼７の外周側にディフューザ１１が形成され、さらに、このディフューザ１１の周囲にはスクロール流路１３が形成されて接続されている。

スクロール流路１３の全体断面図を図２に示す。コンプレッサハウジン９は、スクロール流路１３と、該スクロール流路１３に連通する直線状の出口流路１５とを備えており、スクロール流路１３は、その巻き始め部１７から図２に示す右回りに巻き角度θが大きくなるに従い、その流路断面積が増加し、巻き角度θが約３６０°＝０°を超え、さらに進むと巻き終わり部１９に達する。
また、スクロール流路１３は、スクロール流路１３の回転軸３の軸方向の断面形状が略円形形状からなっている。また、本実施形態では、巻き角度θは、図２のように水平位置をθ＝０°として、スクロール流路１３の巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部２３の舌部２５の位置とコンプレッサホイール８の回転軸中心Ｘとを結ぶ線が略θ＝６０°に設定されている。

次にスクロール流路１３の断面形状について説明する。
図３（ａ）に示すように、スクロール流路１３における巻き始め部１７と巻き終わり部１９とが交差する流路接続部２３の断面形状は、巻き始め部１７においては、略円形形状へ接続するディフューザ１１の出口部１１ａを円形形状の接線位置に接続しており、その円形形状への接線状態による接続関係は巻き角度θが約３６０°＝０°まで続く。

その後、巻き角度θが約３６０°＝０°を超えて、舌部２５の略６０°までの巻き終わり部１９の領域においては、スクロール流路１３の断面形状は、ディフューザ１１の出口部１１ａを円形形状の接線位置により円形中心側であって該円形中心に達しない位置にシフトし、略円形形状はディフューザ１１の出口部１１ａの位置に対して、軸方向（図３においては上方向）に大きく張り出したスクロール室３０と、該スクロール室３０とは反対方向（図３においては下方向）に略円形形状の残りの部分を形成したシフト室３２とによって構成される。すなわち、シフト室３２は円形形状の底面部分を形成している。
なお、スクロール室３０とシフト室３２とを合わせたスクロール流路断面形状は全体として略円形形状であるが、円形に近い長円形状や楕円形状等も含むものである。

この巻き終わり部１９におけるスクロール流路１３の断面形状は、図３のθ_ｎ、θ_ｎ−１の位置の形状で例示すように、ディフューザ１１の出口部１１ａの底面１１ｂより、シフト量δだけ下方にシフトされている。
また、シフト室３２の下面は、円弧面ではなく、ディフューザ１１の底面１１ｂの端部より傾斜角αの傾斜面で形成されていてもよい。
なお、上記シフト室３２下面に設けられる円弧面または傾斜面は、図３（ｂ）のようにコンプレッサハウジング９に設けず、図３（ｃ）のようにベアリングハウジング５０に設けられていてもよい。

ここで、傾斜角が特に大きい場合、ディフューザ出口流れは傾斜面に沿って流れず、はく離を生じる場合がある。これを考慮すると、傾斜角αの好ましい範囲は、３〜２５度程度である。より好ましい範囲として３〜１５度、最適な範囲としては３〜８度とすると良い。シフト量δの最適な範囲もまた、傾斜角αが上記の範囲に含まれる場合である。ただし、傾斜面は直線である必要はなく、この場合ディフューザ出口下面からシフト室下面を結ぶことで形成される角度を傾斜角αと考えて良い。

このようなシフト室３２を出口部１１ａの底面１１ｂより下方に形成することで、ディフューザ出口流れは図１０（ａ）に示すように、壁面に沿って軸方向下向きの速度成分へと転向される。このため、図１０（ａ）で示すようにディフューザ出口流れＡとスクロール流路内旋回流れＢの方向が一致し、スクロール流路内旋回流れＢとディフューザ出口流れＡとの衝突が回避され損失が抑制されるとともに、舌部近傍におけるはく離の発生が抑制される。

なお、スクロール流路１３の円形の断面形状に対してディフューザ出口を円形中心側に持ってくるには、ディフューザ出口を円形中心位置に持ってくる形状とすることも考えられるが、このような形状とした場合には、ディフューザ出口流れＡは、スクロール流路１３内で上下方向に均等に分かれて流れる状態となるため、スクロール流路内旋回流れＢの旋回方向が一定に定まらず、これらの流れの干渉により流れ損失を生じる。
このため、図９（ａ）に示すように、ディフューザ１１の出口部１１ａを円形形状への接線位置より円形中心側であって該円形中心に達しない位置にシフトさせている。

従って、本実施形態によれば、前記シフト室３２は、渦巻きの周方向における巻き終わり部１９のスクロール流路１３に形成されるため、巻き終わり部１９と巻き始め部１７の接続部である舌部２５近傍において、ディフューザ出口流れＡとスクロール流路内旋回流れＢとの干渉が防止され、該干渉に起因して生じる舌部近傍におけるはく離の発生が抑制され、流れ損失の生成を抑えることができる。

すなわち、周方向の巻き終わり部１９のスクロール流路１３の断面形状において、スクロール流路１３の軸方向断面形状はほぼ円形形状からなるとともに、該略円形形状へ接続するディフューザ１１の出口部１１ａを円形形状への接線位置より円形中心側にシフトした位置に形成し、前記略円形形状はディフューザ１１の出口部１１ａの位置に対して軸方向に大きく張り出したスクロール室３０と、該スクロール室３０とは反対方向に前記略円形形状の残りの部分を形成したシフト室３２とによって構成することによって、ディフューザ出口流れＡは図９（ａ）に示すように、スクロール流路壁面に沿って軸方向下向きの速度成分を持つ。
このため、図９（ａ）に示すようにディフューザ出口流れＡの向きを、スクロール流路内旋回流れＢの流れに適合でき、ディフューザ出口流れＡとスクロール流路内旋回流れＢとの干渉が防止され、該干渉に起因して生じる舌部近傍におけるはく離の発生が抑制される。

さらに、従来技術（図９（ｂ））においては、円形断面形状と円形断面形状とがずれて交差することで交差部が山形に隆起して稜線Ｐの部分が生じるが、本実施形態においては、図９（ａ）に示すように、ディフューザの出口部１１ａの接続位置を円形形状への接線位置より円形中心側であって該円形中心に達しない位置にシフトすることによって、円形形状と円形形状とがずれて交差してもその交差部分に稜線が生じ難くなり、舌部近傍における稜線Ｐの発生を抑え稜線部分の距離を短縮できる。
その結果、稜線部分において生じるディフューザ出口流れＡとスクロール流路内旋回流れＢとの干渉が抑制され、該干渉に起因して生じるはく離の発生が抑制され、流れ損失を低減できる。

以上のように、本実施形態によれば、ディフューザ出口流れＡの向きを、スクロール流路内旋回流れＢの流れに適合させること、及び舌部２５近傍における稜線Ｐの発生を抑えて、稜線距離さを短縮することが相俟って、ディフューザ出口流れＡとスクロール流路内旋回流れＢとの干渉が防止されて、該干渉に起因して生じる舌部近傍におけるはく離の発生が抑制され、流れ損失が抑えられる。

また、前記シフト室３２は、前記巻き終わり部１９から周方向に略１８０度前の位置からシフトを開始し、略３６０度位置で最大となるように増大し、周方向角度の増大に従って線形または放物線状にシフト量δが増大するようになっている。
具体的には図８のＬ１の点線に示すように、巻き角度θが約１８０°の位置からシフトを開始して、約３６０°＝０°の位置で所定のシフト量δに達して、その後巻き終わり部１９ではその所定のシフト量δが保持される。

このように、シフト量δを、ほぼ周方向に１８０度の範囲にわたって徐々に増大させることで、シフト室３２の周方向形状を滑らかに変化するようにしてスクロール流路１３の周方向流れに対する損失を抑えることができる。

（第２実施形態）
次に、図４を参照して、第２実施形態について説明する。
第２実施形態は、第１実施形態のシフト室３２に加えてシフト室３４を、さらに巻き始め部１７のスクロール流路１３に形成することを特徴とする。
図４に示すように、巻き角度θがθ_１、θ_２、θ_３の範囲である巻き始め部１７において、第１実施形態で説明したシフト室３２と同様のシフト室３４が形成される。またシフト室３４の下面は、円弧面ではなく、ディフューザ１１の底面１１ｂの端部より傾斜角αの傾斜面で形成されもよい。

前記シフト室３２およびシフト室３４のシフト量δは、図８のＬ２の実線で示すように、シフト室３４は、巻き始めの巻き角度θ＝６０°（舌部２５の位置）においてシフト量δであり、その後低下してθ＝１８０°でゼロとなり、その後、シフト室３２のシフト量が増大してθ＝３６０°で所定のシフト量δとなり、巻き終わり部１９でそのシフト量δが保持される。周方向角度の増大に従って線形または放物線状にシフト量δが増大または減少する。
シフト量δは、上記記載ではθ＝１８０°でゼロとしたが、これは、一例を示すものでθは設計条件にて変わりうるものである。

低流量運転時の流れ場は、スクロール流路１３の舌部２５の近傍から出口流路１５に向かって圧力が上昇するため、舌部２５の近傍においては、出口流路１５（巻き終わり部１９）の高圧力側から低圧力側（巻き始め部１７）に向かう再循環流れ（図１１（ａ）の矢印Ｚ）が発生する。スクロール流路内旋回流れＢを伴って旋回しながら矢印Ｚ方向に流れる。
一方、高流量運転時の流れ場では、逆に、スクロール流路１３の舌部２５の近傍から出口流路１５に向かって圧力が低下するため、舌部２５の近傍においては、出口流路１５に向かう流れ（図１１（ａ）の矢印Ｚ）が生じる。スクロール流路内旋回流れＢを伴って旋回しながら矢印Ｙ方向に流れる。

従って、巻き始め部１７のスクロール流路にシフト室３４を形成することによって、高流量運転時において、スクロール流路内旋回流れＢを伴って矢印Ｙ方向（図１１（ｂ））に流れる該スクロール流路内旋回流れＢとディフューザ出口流れＡとの干渉が、前記第１実施形態と同様に、ディフューザ出口流れＡの向きをスクロール流路内旋回流れＢの流れに適合させること、および舌部近傍における稜線の発生を抑えて稜線距離を短縮することによって防止されて、該干渉に起因して生じる舌部近傍におけるはく離の発生が抑制され、流れ損失を低減できる。

以上のように、前述の第１実施形態では巻き終わり部１９にシフト室３２を形成するものであったが、この巻き終わり部１９だけにシフト室３２を設けた構成では、高流量運転時における巻き始め部１７から出口流路１５（巻き終わり部１９）に向かう（矢印Ｙ方向）スクロール流路１３（巻き終わり部１９）内でのスクロール流路内旋回流れＢとディフューザ出口流れＡとの干渉を防止し難かった。しかし、第２実施形態では、巻き始め部１７のスクロール流路１３にシフト室３４を形成することによって、舌部２５近傍から出口流路１５に向う流れによって生じるスクロール流路１３内の損失を低減でき、高流量運転時においての舌部２５近傍から出口流路１５に向う流れによって生じる流れ損失を低減できる。

（第３実施形態）
次に、図５を参照して、第３実施形態について説明する。
第３実施形態は、第１および第２実施形態に加えてシフト室３６を、周方向全体にわたってスクロール流路１３に形成することを特徴とする。

図５に示すように、巻き角度θがθ_１〜θ_ｎの周方向の全範囲において、シフト室３６を形成する。または、シフト室３６のシフト量δは、図８の一点鎖線Ｌ３で示すように一定に保持されるが、シフト室３６のシフト量δは、必ずしも周方向に全周に一定ではなくてもよく、巻き終わり部１９と巻き始め部１７とその他の部分とにおいて、シフト量δをそれぞれ異ならせて最適に設定してもよい。
また、シフト室３６の下面は、円弧面ではなく、ディフューザ１１の出口で１１ａの底面の端部より傾斜角αの傾斜面で形成されていてもよい。この点は第１、２実施形態と同様である。

また、シフト室３６が全周にわたって形成されるため、前記第１実施形態、第２実施形態による巻き始め部１７や、巻き終わり部１９にシフト室の作用効果を得つつ、さらに、シフト室を周方向の一部に形成するよりも、製造が容易化され、さらに、シフト室を周方向の一部に形成するよりもスクロール流路１３の周方向流れに対する損失を抑えることができる。
また、図３（ｃ）の如く、ベアリングハウジング５０で傾斜面を形成する場合、ベアリングハウジング５０を周方向に均一に切削加工することができ、製造が特に容易となるメリットがある。

さらに、鋳造製造時の中子設置誤差を吸収することができる。
すなわち、スクロールを鋳造で製作する場合、スクロール流路相当部に中子が設置されるが、中子は鋳型の中に置くだけであるため、その姿勢は非常に不安定である。このため、鋳造スクロールでは、ディフューザ低面との不一致により、流路の急拡大や段差を生じることがある。

中子はスクロール出口部でのみ支持されるため、特にスクロール出口から遠い、巻き角度θが１８０〜２７０°位置断面ではこのような傾向が顕著である。しかし、本実施形態のように、スクロール断面全周にわたってシフト量δだけ、スクロール低面がディフューザの低面より下に位置されるため、仮に、鋳造時の中子のずれが生じても、そのずれ量がスクロール断面のシフト量δ以下である限り、不都合が生じることなく鋳造時の中子のずれに対して安定した製造が可能になる。

（第４実施形態）
次に、図６を参照して、第４実施形態について説明する。
この第４実施形態は、巻き始め部１７がスクロール流路１３の巻き終わり部１９へ接続する開口部３９の形状が、ディフューザ１１の出口部１１ａの幅と同一高さを有した扁平形状に形成され、該扁平形状の一方面にシフト室が設けられ、該シフト室の高さが周方向に沿って変化することを特徴とする。
そして、シフト室を、巻き終わり部に設ける場合と、巻き終わり部と巻き始め部との両方に設ける場合と、周方向全体に設ける場合の３つの例について次に説明する。なお、この３例は、それぞれ前述した第１〜３実施形態に対応するものである。

図６（ａ）に示す第１例は、開口部３９が、スクロール流路１３の断面形状はディフューザ１１の出口部１１ａの幅Ｗと同一高さを有した扁平形状に形成され、一方面（底面１１ｂ）にシフト室３８ａが設けられる構造である。
このシフト室３８ａは、第１実施形態と同様に巻き終わり部１９におけるスクロール流路１３に設けられている。断面形状は、図３のθ_ｎ、θ_ｎ−１の位置の形状で例示すように、ディフューザ１１の出口部１１ａの底面１１ｂより、シフト量δだけ下方にシフトされている。
また、シフト室３８ａの下面は、円弧面ではなく、ディフューザ１１の底面１１ｂの端部より傾斜角αの傾斜面で形成されていてもよい。シフト量δやシフト位置については第１実施形態の説明と同様である。

巻き終わり部１９におけるスクロール流路１３にシフト室３８ａが設けられることによる効果は、第１実施形態と同一であり、ディフューザ出口流れＡの向きを、スクロール流路内旋回流れＢの流れに適合でき、ディフューザ出口流れＡとスクロール流路内旋回流れＢとの干渉が防止され、該干渉に起因して生じる舌部２５近傍におけるはく離の発生が抑制される。

そして、このはく離発生を防止する効果に加えて、開口部３９の形状が、ディフューザ１１の出口部１１ａの幅と同一高さを有した扁平形状に形成されるので、断面円形形状による接続部に比べて、流通面積を小さくすることができ、低流量運転時に生じる出口流路（スクロール流路１３の巻き終わり部１９）から舌部２５近傍に向かう再循環流れ（図１１（ａ）の矢印Ｚ）の流入を抑制できる。

また、図１０（ｂ）に示すように、巻き始め部１７の開口部３９がディフューザ１１の出口部１１ａの幅と同一高さを有した扁平形状で形成されるため、出口流路１５（スクロール流路の巻き終わり部１９）でのスクロール流路内旋回流れＢが、巻き始め部１７のスクロール流路１３内への流入流れＥとして流入することが防止され、それによって、図１０（ａ）に示すような、巻き始め部分の円弧形状断面内でのはく離による流れ損失を低減できる。

図６（ｂ）に示す第２例は、開口部３９が、スクロール流路１３の断面形状はディフューザ１１の出口部１１ａの幅Ｗと同一高さを有した扁平形状に形成されるとともに、巻き終わり部１７に設けられたシフト室３８ａに加えて、巻き始め部１７にもシフト室３８ｂが設けられるものである。このように構成することで、図６（ａ）に示す第１例の作用効果に加えて、前述した第２実施形態と同様の作用効果を有する。

図６（ｃ）に示す第３例は、開口部３９が、スクロール流路１３の断面形状はディフューザ１１の出口部１１ａの幅Ｗと同一高さを有した扁平形状に形成されるとともに、周方向全体にわたってシフト室３８ｃが設けられるものである。このように構成することで、図６（ａ）に示す第１例の作用効果に加えて、前述した第３実施形態と同様の作用効果を有する。

（第５実施形態）
次に、図７を参照して、第５実施形態について説明する。
この第５実施形態は、第４実施形態の変形例であり、巻き始め部１７がスクロール流路１３の巻き終わり部１９へ接続する開口部３９の形状が、ディフューザ１１の出口部１１ａの幅と同一高さを有した扁平形状に形成され、該扁平形状の一方面にシフト室４０が設けられ、該シフト室４０の高さが周方向に沿って変化する点については、第４実施形態と同様である。

しかし、θ_２、θ_３においての扁平形状から円形形状への変化において、ディフューザ１１の高さと同一の高さを有した開口部３９の一方の扁平面をディフューザ１１の高さ方向の一方面と一致させつつ、ディフューザ１１の出口部１１ａに対向する面を円弧形状に形成し、該円弧形状の面が徐々に広がって円形形状に戻るように変化させる点が特徴である。

具体的には、図７のように舌部２５位置の巻き角度θ_０＝６０°において扁平接続部Ａの形状となっており、この角度θ０から一定角度Δθ変化したθ１においては、扁平形状の開口部３９の一方面にシフト室４０が形成された形状からなっており、円弧形状の円弧中心をディフューザ１１の高さ面の出口部１１ａの端部Ｔに位置し、半径Ｒ１の円弧形状となっており、さらに、一定角度Δθ変化したθ２においては、半径Ｒ２の円弧形状となっていて、さらに、一定角度Δθ変化したθ３においては、半径Ｒ３の円弧形状となるように変化する。

このように構成することによって、ディフューザ１１から吐出た流れは、スクロール外周側への偏りが進みながら旋回流が進むため、その流れに合わせるようにして、円弧形状を順次拡大して円形形状とすることで、ディフューザ１１から吐出た流れに沿った形状変化とすることができるので、無駄な断面変化形状とすることがなく、より円滑に効率的に円形形状に戻すことができる。

さらに、第５実施形態においては、スクロール流路１３内の流れを効率的な断面形状によって円滑にすることができ、また、旋回流に対して余分な形状がないため断面形状を小型コンパクトに形成でき、圧縮機全体の小型軽量化に寄与する。

また、前記第４、５実施形態のように、扁平形状の開口部３９とシフト室３８、４０との組み合わせによって、低流量から高流量の広い運転領域で流れ損失を低減できるようになり遠心圧縮機の性能向上が期待できる。

本発明によれば、スクロール流路の舌部近傍において、さらにスクロール全周において、ディフューザ出口との接続部も含めたスクロール断面形状を見直して、高流量運転時および低流量運転時の広範囲の運転にける損失低減効果を向上できるので、遠心圧縮機のスクロールに用いるのに適している。

１ 遠心圧縮機
３ 回転軸
５ ハブ
７ コンプレッサ翼（羽根車）
８ コンプレッサホイール
９ コンプレッサハウジング
１１ ディフューザ
１１ａ ディフューザの出口部
１１ｂ ディフューザの底面
１３ スクロール流路
１５ 出口流路
１７ 巻き始め部
１９ 巻き終わり部
２３ 流路接続部
２５ 舌部
３０ スクロール室
３２、３４、３６、３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、４０ シフト室
３９ 扁平形状部
Ａ ディフューザ出口流れ
Ｂ スクロール流路内旋回流れ
Ｅ スクロール流路内への流入流れ
δ シフト量
θ 巻き角度

Claims (5)

1. 羽根車の外周側に設けられたディフューザと、該ディフューザの外周と接続して渦巻き状に形成されたスクロール流路とを備えた遠心圧縮機のスクロール構造において、前記スクロール流路の軸方向断面形状は略円形形状からなり、該略円形形状へ接続するディフューザ出口を円形形状への接線位置より円形中心側であって該円形中心に達しない位置にシフトし、前記略円形形状はディフューザ出口位置に対して軸方向に大きく張り出したスクロール室と、該スクロール室とは反対方向に前記略円形形状の残りの部分を形成したシフト室とによって構成され、前記シフト室は少なくとも渦巻きの周方向における巻き終わり部分のスクロール流路に形成されることを特徴とする遠心圧縮機のスクロール構造。
2. 前記シフト室は、前記巻き終わり部分から周方向に略１８０度前の位置からシフトを開始し、略３６０度位置で最大となるように増大し、周方向角度の増大に従って線形または放物線状にシフト量を増大することを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機のスクロール構造。
3. 前記シフト室は、さらに巻き始め部分のスクロール流路に形成されることを特徴とする請求項１または２記載の遠心圧縮機のスクロール構造。
4. 前記巻き始め部分のスクロール流路の巻き終わり部分への接続開口の形状が、ディフューザ出口の幅と同一高さを有した扁平形状に形成され、該扁平形状の一方面に前記シフト室が設けられ、該シフト室の高さが周方向に沿って変化することを特徴とする請求項３記載の遠心圧縮機のスクロール構造。
5. 前記シフト室は、周方向全体にわたってスクロール流路に形成されることを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機のスクロール構造。