JP2017155664A - 遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】サージ現象の発生を抑制し、省スペース化を図ることが可能な遠心圧縮機を提供する。
【解決手段】遠心圧縮機１００のコンプレッサハウジング１０は、スクロール室１３と吸入通路１１とを、ディフューザ通路１２を介さずに連通させる連通通路１５を有する。コンプレッサハウジング１０のうちの連通通路１５に隣接する位置には、冷却水を流通させる冷却水路１６が貫設されている。バルブ機構５０が閉状態を形成している場合、スクロール室１３内を流れる圧縮空気は、スクロール室１３の下流側に送り出される。バルブ機構５０が開状態を形成している場合、スクロール室１３内を流れる圧縮空気の一部は、連通通路１５内を流れている間に冷却水によって冷却された状態で、吸入通路１１に送り出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、遠心圧縮機に関する。

特開２０１２−２４１５５８号公報（特許文献１）に開示されているように、コンプレッサハウジング内のスクロール室に送られた圧縮空気の一部を吸入通路に還流させることで、サージ現象（サージングともいう）の発生を抑制することができる。

特開２０１２−２４１５５８号公報

コンプレッサハウジング内の吸入通路からスクロール室に送られる空気は、ディフューザ通路を通過する際に圧縮されているため高い温度を有している。高温の圧縮空気が吸入通路に還流されると、圧縮効率の低下や燃費の低下等を招く可能性がある。スクロール室から吸入通路に還流される圧縮空気を冷却するための手段の一つとして、遠心圧縮機の外部に設けられたインタークーラー等の外部冷却手段を用いることが考えられる。

しかしながら、外部冷却手段を用いる場合には、遠心圧縮機と外部冷却手段とを接続する配管が必要となる。配管を用いる場合、圧縮空気が配管内を流れる際に圧損が生じたり、遠心圧縮機の周辺に設けられる機器にレイアウト上の制約が生じ、遠心圧縮機が搭載される車両等の大型化を招いたりする可能性がある。

本発明は、サージ現象の発生を抑制し、省スペース化を図ることが可能な遠心圧縮機を提供することを目的とする。

本発明に基づく遠心圧縮機は、吸入通路と、上記吸入通路の下流に設けられたディフューザ通路と、上記ディフューザ通路の下流に設けられたスクロール室と、上記スクロール室と上記吸入通路とを上記ディフューザ通路を介さずに連通させる連通通路と、を有するコンプレッサハウジングと、上記コンプレッサハウジング内における上記吸入通路と上記ディフューザ通路との間に配置され、上記吸入通路から吸い込まれた空気を上記ディフューザ通路を通して上記スクロール室に圧送するインペラと、上記連通通路を開閉可能に設けられたバルブ機構と、を備え、上記コンプレッサハウジングのうちの上記連通通路に隣接する位置には、冷却水を流通させる冷却水路が貫設されており、上記バルブ機構が閉状態を形成している場合、上記スクロール室内を流れる圧縮空気は、上記スクロール室の下流側に送り出され、上記バルブ機構が開状態を形成している場合、上記スクロール室内を流れる圧縮空気の一部は、上記連通通路内を流れている間に上記冷却水によって冷却された状態で、上記吸入通路に送り出される。

上記遠心圧縮機において好ましくは、上記冷却水路は、上記インペラの回転半径方向において、上記スクロール室の内側の位置に設けられている。

上記遠心圧縮機において好ましくは、上記ディフューザ通路の内壁は、上記冷却水によって冷却されている。

上記遠心圧縮機において好ましくは、上記連通通路は、上記吸入通路に接続している第１通路と、上記スクロール室に接続している第２通路と、上記第１通路と上記第２通路との間に設けられ、上記バルブ機構によって開閉されるバルブ室と、を含み、上記インペラの回転軸に対して平行な方向から上記第１通路および上記吸入通路を見た場合、上記第１通路は、上記吸入通路の内壁の接線方向に沿って延びるように設けられている。

上記遠心圧縮機において好ましくは、上記連通通路は、上記吸入通路に接続している複数の第１通路と、上記スクロール室に接続している第２通路と、上記第２通路と複数の上記第１通路との間に設けられ、上記バルブ機構によって開閉されるバルブ室と、を含む。

上記遠心圧縮機において好ましくは、上記連通通路は、上記連通通路から上記吸入通路に送り出された上記圧縮空気の一部が上記吸入通路内で上記インペラの回転方向と逆向きに流れるように、上記圧縮空気の一部を上記吸入通路内に送り出す。

上記の構成によれば、サージ現象の発生を抑制し、省スペース化を図ることができる。

実施の形態１における遠心圧縮機１００を示す断面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 実施の形態２における遠心圧縮機１０１を示す断面図である。 実施の形態３における遠心圧縮機１０２を示す断面図である。 実施の形態４における遠心圧縮機１０３を示す断面図である。 実施の形態５における遠心圧縮機１０４を示す断面図である。

実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

［実施の形態１］
（遠心圧縮機１００）
図１は、実施の形態１における遠心圧縮機１００を示す断面図である。遠心圧縮機１００は、コンプレッサハウジング１０、タービンハウジング２０、軸受ハウジング３０、シールプレート４０、インペラ４１、タービン４２、シャフト４３、バルブ機構５０を備える。

シャフト４３は、軸受ハウジング３０およびシールプレート４０により枢支される。シャフト４３のタービンハウジング２０側に位置する端部に、タービン４２が取り付けられる。シャフト４３のコンプレッサハウジング１０側に位置する端部に、インペラ４１が取り付けられる。

タービンハウジング２０は、吐出通路２１、スクロール室２３、吸入口２４を有する。スクロール室２３と吐出通路２１との間に、バルブ機構２２およびタービン４２が配置される。内燃機関からの排気ガスは、吸入口２４、スクロール室２３を通して導入される。排気ガスは、バルブ機構２２によって流速を調節され、タービン４２に供給される。タービン４２によりエネルギーが回収された排気ガスは、吐出通路２１を通して吐出される。

コンプレッサハウジング１０は、吸入通路１１、吸入通路１１の下流に設けられたディフューザ通路１２、ディフューザ通路１２の下流に設けられたスクロール室１３、スクロール室１３の下流に設けられた吸気吐出口１４、および連通通路１５を有する。コンプレッサハウジング１０内における吸入通路１１とディフューザ通路１２との間に、インペラ４１が配置される。

内燃機関に供給するための空気は、吸入通路１１を通して吸い込まれる。空気は、インペラ４１により、ディフューザ通路１２を通してスクロール室１３に送られる。空気は、ディフューザ通路１２を通過する際に圧縮される。バルブ機構５０が閉状態を形成している場合（詳細は後述する）、圧縮された空気の略全ては、スクロール室１３および吸気吐出口１４を通過した後、内燃機関に過給される。

コンプレッサハウジング１０に設けられた連通通路１５は、ディフューザ通路１２を介さずに、スクロール室１３と吸入通路１１とを連通させている。本実施の形態の連通通路１５は、第１通路１５Ａ、第２通路１５Ｂ、バルブ室１５Ｃを含む。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

図１および図２を参照して、第１通路１５Ａは、吸入通路１１に接続しており、第１通路１５Ａの一方の開口端は吸入通路１１に臨んでいる。第１通路１５Ａの他方の開口端は、バルブ室１５Ｃに臨んでいる。第２通路１５Ｂは、スクロール室１３に接続しており、第２通路１５Ｂの一方の開口端はスクロール室１３に臨んでいる。第２通路１５Ｂの他方の開口端は、バルブ室１５Ｃに臨んでいる。

バルブ室１５Ｃは、第１通路１５Ａと第２通路１５Ｂとの間に設けられ、バルブ機構５０（図１参照）によって開閉される。バルブ機構５０は、アクチュエータ５１、駆動軸５２、弁体５３を含む。バルブ室１５Ｃと第２通路１５Ｂとの間には、弁座（段差）が形成されている。図示しない制御部からアクチュエータ５１が制御信号を受信することで、アクチュエータ５１は駆動軸５２を介して弁体５３を移動させる。

（閉状態）
弁体５３が弁座に接触することで、バルブ機構５０は閉状態を形成する。第２通路１５Ｂとバルブ室１５Ｃとの間の連通が遮断され、スクロール室１３内を流れる圧縮空気の略全てはスクロール室１３の下流側に送り出され、吸気吐出口１４を通して内燃機関に過給される。車両が安定した速度で走行している場合には、制御部はバルブ機構５０を閉状態に設定する。

（開状態）
弁体５３が弁座から離れることで、バルブ機構５０は開状態を形成する。たとえば、車両が急減速した場合に、サージ現象が発生しやすい。制御部は、サージ現象の発生を抑制するために、バルブ機構５０を開状態に設定する。第２通路１５Ｂとバルブ室１５Ｃとが連通し、スクロール室１３内を流れる圧縮空気の一部は、連通通路１５を通して吸入通路１１に送出（還流）される。

（冷却水路）
本実施の形態においては、コンプレッサハウジング１０のうちの連通通路１５に隣接する位置に、冷却水を流通させるための冷却水路１６が貫設されている。本実施の形態における冷却水路１６は、インペラ４１の回転半径方向において、スクロール室１３の内側の位置に設けられている。インペラ４１の回転半径方向に連通通路１５および冷却水路１６を見た場合、第２通路１５Ｂは、冷却水路１６に重なる位置に形成されている。さらに、インペラ４１の回転軸に対して平行な方向から連通通路１５および冷却水路１６を見た場合、第１通路１５Ａは、冷却水路１６に重なる位置に形成されている。

冷却水路１６は、入口１６Ａ、出口１６Ｂ（図２参照）を有しており、図示しない冷却装置（たとえばエンジンの冷却系）から冷却水を導入する。入口１６Ａからの冷却水は、コンプレッサハウジング１０のうちの連通通路１５に隣接している部分（コンプレッサハウジング１０のうちの連通通路１５を形成している内壁）の近傍を通過した後、出口１６Ｂを通して冷却装置に戻される。この際、冷却水は、コンプレッサハウジング１０のうちの連通通路１５に隣接している部分（コンプレッサハウジング１０のうちの連通通路１５を形成している内壁）を冷却する。

冒頭で述べたとおり、コンプレッサハウジング１０内の吸入通路１１からスクロール室１３に送られる空気は、ディフューザ通路１２を通過する際に圧縮されているため、高い温度を有している。高温の圧縮空気が連通通路１５を通して吸入通路１１に冷却されることなく還流されると、圧縮効率の低下や燃費の低下等を招く可能性がある。本実施の形態においては、圧縮空気は、連通通路１５内を流れている間に冷却水によって（より具体的には、冷却水によって冷却された連通通路１５の内壁面によって）冷却された状態で、吸入通路１１に還流されることができる。

スクロール室１３から吸入通路１１に還流される圧縮空気を冷却するための手段の一つとして、遠心圧縮機１００の外部に設けられたインタークーラー等の外部冷却手段を用いることも可能である。外部冷却手段を用いる場合には、圧縮空気を外部冷却手段に移送するために、遠心圧縮機１００と外部冷却手段とを接続する配管が必要となる。配管を用いる場合、圧縮空気が配管内を流れる際に圧損が生じる可能性がある。これに対して本実施の形態においては、外部冷却手段を用いる場合に比べて圧縮空気は短い距離で吸入通路１１に還流されるため、圧損が生じることもほとんどない。

圧縮空気が吸入通路１１に還流される際の圧縮空気に要求される温度によっては、冷却水路１６を流れる冷却水を冷却手段として用いることに加えて、遠心圧縮機１００の外部に設けられたインタークーラー等の外部冷却手段を用いることも可能である。すなわち、上記の内容は、本願発明の範囲からインタークーラー等の外部冷却手段を用いることを積極的に排除しているものではない。

コンプレッサハウジング１０のうちのディフューザ通路１２を形成している内壁は、冷却水路１６を流れる冷却水によって冷却されるように構成されてもよい。コンプレッサハウジング１０内の温度が上昇すると、吸入通路１１から吸入される空気中の油成分が炭化する場合がある。炭化した油成分は、デポジットとしてコンプレッサハウジング１０の内壁面に付着しやすい。コンプレッサハウジング１０内において流路断面積が小さいディフューザ通路１２においては、吸気の温度が上昇しやすく、デポジットが特に形成されやすい。

本実施の形態の冷却水路１６は、コンプレッサハウジング１０のうちのディフューザ通路１２に隣接する位置に貫設されている。コンプレッサハウジング１０のうちのディフューザ通路１２を形成している内壁は、冷却水路１６内の冷却水によって冷却される。ディフューザ通路１２においてデポジットが形成されるのを抑制することができる。当該構成によれば、冷却水路１６内を流れる冷却水は、連通通路１５の内壁およびディフューザ通路１２の内壁の双方を冷却する手段として機能し得る。

［実施の形態２］
図３を参照して、実施の形態２における遠心圧縮機１０１について説明する。実施の形態１における遠心圧縮機１００（図２）と実施の形態２における遠心圧縮機１０１（図３）とは、以下の点において相違している。遠心圧縮機１０１においては、インペラ４１の回転軸に対して平行な方向から第１通路１５Ａおよび吸入通路１１を見た場合、第１通路１５Ａは、吸入通路１１の内壁の接線方向に沿って延びるように設けられている。当該構成によれば、連通通路１５から吸入通路１１に送り出された圧縮空気は、吸入通路１１の内壁に沿って円を描くようにして吸入通路１１の中へと拡散することができる。

好ましくは、連通通路１５は、第１通路１５Ａから吸入通路１１に送り出された圧縮空気が吸入通路１１内でインペラ４１の回転方向（矢印ＡＲ１）と逆向きに流れるように、圧縮空気を吸入通路１１内に送り出すとよい（矢印ＡＲ２）。サージ現象が発生する際には、インペラ４１の回転方向（矢印ＡＲ１）と同じ向きに流体の渦が発生する。第１通路１５Ａの延在方向およびインペラ４１の回転方向が上記のように構成されることで、第１通路１５Ａから吸入通路１１に送り出された圧縮空気は、流体の渦の発生を抑制することができ、ひいてはサージ現象の発生をより抑制することが可能となる。

［実施の形態３］
図４を参照して、実施の形態３における遠心圧縮機１０２について説明する。実施の形態１における遠心圧縮機１００（図２）と実施の形態３における遠心圧縮機１０２（図４）とは、以下の点において相違している。

本実施の形態の連通通路１５は、複数の第１通路１５Ａを含む。バルブ室１５Ｃは、第２通路１５Ｂと複数の第１通路１５Ａに設けられており、さらに、バルブ室１５Ｃと複数の第１通路１５Ａとの間には、通路１５Ｄが設けられている。インペラ４１の回転軸に対して平行な方向に通路１５Ｄおよび冷却水路１６を見た場合、通路１５Ｄは、冷却水路１６に重なる位置に形成されている。当該構成によれば、吸入通路１１に向けて複数の方向から圧縮空気が送り出され、圧縮空気は吸入通路１１の中へと拡散することができる。

本実施の形態においても、上述の実施の形態２の場合と同様に、連通通路１５は、第１通路１５Ａから吸入通路１１に送り出された圧縮空気が吸入通路１１内でインペラ４１の回転方向と逆向きに流れるように、圧縮空気を吸入通路１１内に送り出すとよい。

［実施の形態４］
図５を参照して、実施の形態４における遠心圧縮機１０３について説明する。実施の形態３における遠心圧縮機１０２（図４）と実施の形態４における遠心圧縮機１０３（図５）とは、以下の点において相違している。

本実施の形態の通路１５Ｄには、複数のフィン１５Ｅが設けられている。当該構成によれば、通路１５Ｄの内壁と、通路１５Ｄ内を流れる圧縮空気との熱交換効率を向上させることができる。

［実施の形態５］
図６を参照して、実施の形態５における遠心圧縮機１０４について説明する。実施の形態１における遠心圧縮機１００（図１）と実施の形態５における遠心圧縮機１０４（図６）とは、以下の点において相違している。

本実施の形態の遠心圧縮機１０４は、冷却水路１６に加えて、冷却水路１６Ｓ，１６Ｔを備えている。冷却水路１６Ｓは、インペラ４１の回転半径方向において、第２通路１５Ｂの外側の位置に設けられている。インペラ４１の回転軸に対して平行な方向から連通通路１５および冷却水路１６Ｔを見た場合、冷却水路１６Ｔは、第１通路１５Ａに重なる位置に形成されている。当該構成によれば、吸入通路１１に還流される圧縮空気の温度をより低くすることができる。冷却水路１６，１６Ｓ，１６Ｔは、互いに連通していてもよいし、互いに独立していてもよい。

以上、実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ コンプレッサハウジング、１１ 吸入通路、１２ ディフューザ通路、１３，２３ スクロール室、１４ 吸気吐出口、１５ 連通通路、１５Ａ 第１通路、１５Ｂ 第２通路、１５Ｃ バルブ室、１５Ｄ 通路、１５Ｅ フィン、１６，１６Ｓ，１６Ｔ 冷却水路、１６Ａ 入口、１６Ｂ 出口、２０ タービンハウジング、２１ 吐出通路、２２，５０ バルブ機構、２４ 吸入口、３０ 軸受ハウジング、４０ シールプレート、４１ インペラ、４２ タービン、４３ シャフト、５１ アクチュエータ、５２ 駆動軸、５３ 弁体、１００，１０１，１０２，１０３，１０４ 遠心圧縮機、ＡＲ１，ＡＲ２ 矢印。

Claims (6)

1. 吸入通路と、前記吸入通路の下流に設けられたディフューザ通路と、前記ディフューザ通路の下流に設けられたスクロール室と、前記スクロール室と前記吸入通路とを前記ディフューザ通路を介さずに連通させる連通通路と、を有するコンプレッサハウジングと、
   前記コンプレッサハウジング内における前記吸入通路と前記ディフューザ通路との間に配置され、前記吸入通路から吸い込まれた空気を前記ディフューザ通路を通して前記スクロール室に圧送するインペラと、
   前記連通通路を開閉可能に設けられたバルブ機構と、を備え、
   前記コンプレッサハウジングのうちの前記連通通路に隣接する位置には、冷却水を流通させる冷却水路が貫設されており、
   前記バルブ機構が閉状態を形成している場合、前記スクロール室内を流れる圧縮空気は、前記スクロール室の下流側に送り出され、
   前記バルブ機構が開状態を形成している場合、前記スクロール室内を流れる圧縮空気の一部は、前記連通通路内を流れている間に前記冷却水によって冷却された状態で、前記吸入通路に送り出される、
   遠心圧縮機。
2. 前記冷却水路は、前記インペラの回転半径方向において、前記スクロール室の内側の位置に設けられている、
   請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 前記ディフューザ通路の内壁は、前記冷却水によって冷却されている、
   請求項２に記載の遠心圧縮機。
4. 前記連通通路は、前記吸入通路に接続している第１通路と、前記スクロール室に接続している第２通路と、前記第１通路と前記第２通路との間に設けられ、前記バルブ機構によって開閉されるバルブ室と、を含み、
   前記インペラの回転軸に対して平行な方向から前記第１通路および前記吸入通路を見た場合、前記第１通路は、前記吸入通路の内壁の接線方向に沿って延びるように設けられている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。
5. 前記連通通路は、前記吸入通路に接続している複数の第１通路と、前記スクロール室に接続している第２通路と、前記第２通路と複数の前記第１通路との間に設けられ、前記バルブ機構によって開閉されるバルブ室と、を含む、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。
6. 前記連通通路は、前記連通通路から前記吸入通路に送り出された前記圧縮空気の一部が前記吸入通路内で前記インペラの回転方向と逆向きに流れるように、前記圧縮空気の一部を前記吸入通路内に送り出す、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。

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