JP2018500502A - 遠心圧縮機用のディフューザ - Google Patents

Abstract

遠心圧縮機（１００）用のディフューザ（１）は、第１の側壁（３）と第２の側壁（４）とによって形成されるディフューザ通路区分（２）であって、第１の側壁（３）と第２の側壁（４）とが流れ方向において少なくとも部分的に互いに拡がるように配置されているディフューザ通路区分（２）と、複数の翼（６，６’）を備えた環状翼セット（５）であって、翼（６，６’）が少なくとも部分的にディフューザ通路区分（２）に配置されており、翼（６，６’）のそれぞれが吐出側（２２）および吸込み側（２３）を有していて、かつ翼（６，６’）それぞれの吐出側（２２）および吸込み側（２３）が、当該翼（６，６’）の翼入口縁（８）と翼出口縁（８’）とによって画定される環状翼セット（５）と、ディフューザ通路区分（２）の両方の側壁（３，４）のうちの少なくとも一方に加工された、複数の均圧開口（７，７’）であって、複数の均圧開口（７，７’）のそれぞれが、環状翼セット（５）の１つの翼（６）の吐出側（２２）と隣接した翼（６’）の吸込み側（２３）との間に配置されている複数の均圧開口（７，７’）と、均圧開口（７，７’）の後ろ側に配置された第１のリング通路（１０）であって、第１のリング通路（１０）が均圧開口（７，７’）のうちの少なくとも２つを介してディフューザ通路区分（２）に流体接続されており、これによってディフューザ（１）の複数のディフューザ通路が互いに流体接続可能である第１のリング通路（１０）と、を備え、ディフューザ通路区分（２）における環状翼セット（５）の互いに隣接した２つの翼（６，６’）の間の領域が、ディフューザ通路と呼ばれる、遠心圧縮機（１００）用のディフューザにおいて、第１のリング通路（１０）は、接続通路（３０）を介して圧力プレナム（３１）に接続可能であり、これによって流体が圧力プレナム（３１）から第１のリング通路（１０）に流入することができ、これをもって第１のリング通路（１０）は流体によって掃気されることを特徴とする。

Description

本発明は、遠心圧縮機用のディフューザに関する。以下では、遠心圧縮機という名称は、圧縮機インペラに対する軸方向における供給流と半径方向における排出流とを有するいわゆる軸流遠心圧縮機（Mixed-Flow-Verdichter）をも含む。本発明の使用分野はさらに、圧縮機インペラに対する純粋に半径方向または対角線方向の供給流または排出流を有する圧縮機にも及んでいる。さらに本発明は、ターボチャージャにおいて使用可能である遠心圧縮機用のディフューザに関し、この場合、ターボチャージャは、軸流タービンまたは遠心タービンまたはいわゆる軸流遠心タービンを含みうる。

従来技術によれば、ターボチャージャにおける使用のための遠心圧縮機において使用されるディフューザが公知である。遠心圧縮機では、まず、ディフューザの上流側に配置された圧縮機インペラを介して流体（例えば空気）が軸方向において吸い込まれ、圧縮機インペラにおいて加速されて、予備圧縮される。このとき流体には、圧力、温度および運動エネルギの形態で存在するエネルギが供給される。圧縮機インペラの出口には、高い流速度が存在する。加速され圧縮された空気は、接線方向でディフューザに向かって圧縮機インペラから進出する。ディフューザにおいて、加速された空気の運動エネルギは、圧力に変換される。これは、ディフューザにおける流れの減速によって生じる。半径方向における拡大によって、ディフューザの流過横断面は増大する。これによって、流体は減速され、圧力が形成される。遠心圧縮機を備えたターボチャージャにおいて可能な限り高い圧力比を得るために、ターボチャージャ内で使用されるディフューザには、翼が設けられていてよい。翼を備えたディフューザの例は、独国特許出願公開第１０２００８０４４５０５号明細書に開示されている。従来技術に基づいて公知の、翼を備えたディフューザは、例えば米国特許第４１３１３８９号明細書に開示されているように、一般的に、半径方向の平行壁を有する、翼を備えたディフューザとして形成されている。与えられた全圧力比において比較的高い圧縮機効率を達成するために、流れをディフューザ内において比較的強く減速させることができる。これによって、螺旋内における流速度は低減され、その結果、壁摩擦損失が低下し、圧縮機段の効率が改善される。従来技術に基づいて公知のように、半径方向の側壁開度をもつディフューザの使用は、同じ構造長さの場合、平行壁を有するディフューザに比べてより強い減速を可能にする。

ディフューザにおいて幾何形状の変形によって達成可能な、与えられた運転ポイントのための減速または圧力上昇は、しかしながら制限されている。それというのは、極めて強い減速時には、ディフューザ内での境界層剥離に基づいて流れが不安定になってしまうからである。ディフューザの安定した運転範囲の限界は、圧縮機特性マップにおけるディフューザのポンプ限界の位置を特定する。つまり、平行壁のディフューザの代わりに、側壁開度をもつディフューザ（このようなディフューザは例えば国際公開第２０１２／１１６８８０号に開示されている）が使用されると、確かに圧縮機圧力比における効率は高められるが、同時に、与えられた１つの圧縮機圧力比に対しては、ポンプ限界は、平行壁のディフューザを備えたディフューザに比べてより大きな質量流へとシフトする。このような作用は望ましくない。圧縮機の特性マップ幅は、これによって減少し、ターボチャージャ内での使用のための圧縮機段の使用可能性が、これにより制限されてしまう。互いに隣接したディフューザ翼によって形成される、ディフューザの個々のディフューザ通路の間での均圧化を可能にするために、翼を備えたディフューザの１つのディフューザ通路区分を、均圧開口を介してリング通路に流体接続するという解決策がある。しかしながら、この解決策では、均圧開口の使用下において、リング通路および／または個々の均圧開口が、例えば、オイル含有の吸込み空気内に存在する粒子または圧縮機クリーニングによる残留物および堆積物に基づいて、閉塞するという問題が生じることがある。このようなことは、圧縮機のポンプ限界に対して不都合な影響を有し、かつ極端な場合には、ディフューザに接続されたエンジンがもはや運転できなくなる事態を引き起こすことがある。

本発明の根底を成す課題は、平行壁のディフューザに対して効率が改善され、かつ同時にディフューザにおける流れが安定化され、これにより圧縮機のポンプ特性を改善することができる、遠心圧縮機用の、半径方向の側壁開度をもつ翼を備えたディフューザを提供することである。本発明の別の課題は、極めて強い減速に基づく、個々のディフューザ通路内のディフューザのディフューザ翼および側壁における早期の境界層剥離を回避または低減することである。本発明のさらに別の課題は、圧縮機からのオイル含有の吸込み空気に起因する堆積物および残留物に基づいて汚染された場合でも、ディフューザの機能形式が損なわれないように保証することである。

この課題は、独立請求項である請求項１に記載の特徴によって解決される。

特に、上記課題は、第１の側壁と第２の側壁とによって形成されるディフューザ通路区分を有しており、第１の側壁と第２の側壁とが流れ方向において少なくとも部分的に互いに拡がるように配置されている、遠心圧縮機用のディフューザによって解決される。さらにディフューザは、複数の翼を備えた環状翼セットを有しており、翼は、少なくとも部分的にディフューザ通路区分に配置されており、各翼は吐出側と吸込み側とを有しており、各翼の吐出側および吸込み側は、当該翼の翼入口縁と翼出口縁とによって画定される。さらにディフューザは、ディフューザ通路区分の両方の側壁のうちの少なくとも一方に加工された、複数の均圧開口を有しており、複数の均圧開口のそれぞれが、環状翼セットの１つの翼の吐出側と隣接した翼の吸込み側との間に配置されている。さらにディフューザは、均圧開口の後ろ側に配置された第１のリング通路を有しており、第１のリング通路は、均圧開口のうちの少なくとも２つを介してディフューザ通路区分に流体接続されており、これによってディフューザの複数のディフューザ通路が互いに流体接続可能であり、ディフューザ通路区分における環状翼セットの互いに隣接した２つの翼の間の領域が、ディフューザ通路と呼ばれ、第１のリング通路は、接続通路を介して圧力プレナムに接続可能であり、これによって流体が圧力プレナムから第１のリング通路に流入することができ、これをもって第１のリング通路が流体によって掃気される。

本発明の根底を成す核となる思想は、側壁開度をもつディフューザにおいて、ディフューザの翼を備えたディフューザ通路区分が、ディフューザ通路区分の両方の側壁のうちの少なくとも一方に加工された均圧開口を有しており、かつディフューザのディフューザ通路区分は、第１のリング通路に流体接続されており、第１のリング通路は接続通路を介して圧力プレナムに接続可能であり、これによって流体が圧力プレナムから第１のリング通路に流入することができ、これをもって第１のリング通路が流体によって掃気されることにある。

このことには次のような利点がある。すなわち、リング通路を流体によって掃気するために、圧力プレナムから第１のリング通路に流入する、洗浄媒体として形成された流体によって、オイル含有の吸込み空気の炭化によって形成されることがありかつリング通路および均圧開口を閉塞させるおそれがある堆積物および残留物が、リング通路から、ひいては均圧開口からも掃気される。このようにして、均圧開口が堆積物によって閉鎖されることおよびリング通路の容積が大きく減少する事態を回避することができる。

本発明の別の利点は、リング通路内において均圧を行えることにある。均圧は、翼を備えたディフューザ通路区分のディフューザ翼における、極めて強い流れの減速に基づいて生じる流れの剥離に抗して作用し、これによって流れの剥離を解消する。

本発明の別の利点は、リング通路内において行われる均圧によって、同時に、ディフューザ通路区分におけるディフューザの個々の通路の間における均圧も行われることにあり、これによって、ディフューザ通路区分における個々のディフューザ通路の不均一な負荷が低減される。１つのディフューザ通路は、互いに隣接した２つのディフューザ翼の間における空間または区分として定義される。ディフューザ通路区分における個々のディフューザ通路の不均一な負荷は、例えば、圧縮機の圧縮機ハウジングおよび空気吸込み管片の非対称によって、およびこれに起因して引き起こされる、ディフューザの流出領域における非回転対称の圧力場、製造および取付け誤差によって、ならびに不安定な流れ作用によって発生する。均圧によって、なお安定して作動する他のディフューザ通路の安定化リザーブを使用することにより、個々のディフューザ通路において始まる不安定性を補償することができる。これによって、ディフューザおよび圧縮機の安定した作業範囲は全体として、すべてのディフューザ通路が不安定な流れの領域に到るまで大きく拡大される。その結果、圧縮機のポンプ限界は、比較的僅かな容積流へとシフトし、圧縮機特性マップの利用可能な領域が拡大する。

本発明の好適な実施形態
本発明の一実施形態では、圧力プレナムは流体源に接続されており、流体源は、圧力プレナムのための流体を準備するように形成されている。

本発明の一実施形態では、流体源は、チャージエアクーラとして形成されており、チャージエアクーラは、流体を準備するように形成されており、かつ流体は、チャージエアクーラから圧力プレナム内に導入可能である。

注意すべきことは、例えば洗浄媒体として形成された、チャージエアクーラからの流体は、同時にまたは追加的に、遠心圧縮機の圧縮機インペラを冷却するために使用可能であるということである。

本発明の一実施形態では、圧力プレナムと流体源との間に、流体を浄化するためのフィルタシステムが設置されている。

本発明の一実施形態では、ディフューザを有するターボチャージャアセンブリが設けられている。

本発明の一実施形態では、第１のリング通路は、ディフューザ通路区分の両方の側壁のうちの一方に加工されている。

本発明の一実施形態では、ディフューザ通路区分の両方の側壁のうちの少なくとも一方に加工されている複数の均圧開口は、第１の側壁と第２の側壁とが流れ方向において少なくとも部分的に互いに拡がるように配置される、それぞれの側壁の領域に配置されている。

本発明の一実施形態では、均圧開口はそれぞれ、孔としておよび／またはスリットとして形成されている。しかしながら、代替的に、均圧開口は、複数の個々の孔またはスリットから形成されていてもよい。

本発明の一実施形態では、ディフューザ通路区分の各側壁における均圧開口のそれぞれの方向付けが、側壁の、ディフューザ通路区分に向けられた面に対する、各均圧開口の設置角として定義される設置角によって確定される。

本発明の一実施形態では、第１のリング通路は、分割手段によって、第１のリング通路の、互いに対して切り離された複数の個々の部分通路領域に分割されている。このように構成されていると、部分通路領域の内部におけるディフューザ通路の間における均圧を、局部的に制限することができる。

本発明の一実施形態では、第１のリング通路の部分通路領域はそれぞれ、少なくとも２つの均圧開口を有している。しかしながら、一般的に注意すべきことは、均圧開口は、リング通路の一体的な構成部分である必要はないということである。

本発明の一実施形態では、ディフューザ通路区分の、均圧開口を備えた側壁のうちの一方に、少なくとも１つの第２のリング通路が加工されており、これによって環状翼セットの互いに隣接していない２つの翼のディフューザ通路が、互いに流体接続可能になる。

本発明の一実施形態では、ディフューザ通路区分の第１の側壁または第２の側壁は、ディフューザプレートとして形成されており、このディフューザプレートに、複数の均圧開口および少なくとも１つのリング通路が加工されている。

本発明の一実施形態は、ディフューザを備えた遠心圧縮機を含む。

次に、図面を参照しながら詳説される実施形態について本発明を説明する。

本発明の第１実施形態による、遠心圧縮機用の、翼を備えたディフューザを示す図である。 本発明の第２実施形態による、遠心圧縮機用の、翼を備えたディフューザの一部を示す図である。 本発明の第３実施形態による、互いに切り離された複数の部分通路領域と均圧開口とを備えたディフューザプレートを示す図である。 本発明の第４実施形態による、互いに切り離された複数の部分通路領域と均圧開口とを備えたディフューザプレートを示す図である。 本発明の第５実施形態による、互いに隣接していないディフューザ通路の接続部と均圧開口とを備えたディフューザプレートを示す図である。 ディフューザ通路における互いに隣接した翼の間での均圧開口の可能な方向付けのための例を示す、ディフューザプレートの部分図である。 ディフューザプレートにおける１つの均圧開口の方向付けのための一例を示す図である。 本発明の第６実施形態による、ターボチャージャアセンブリにおいて使用される遠心圧縮機用のリング通路および圧力プレナムと共に、遠心圧縮機用の翼を備えたディフューザを示す図である。 本発明の第７実施形態による遠心圧縮機用のリング通路および圧力プレナムと共に、翼を備えたディフューザを概略的に示す代替的な図である。

以下の記載では、同じ部材および同じ作用を有する部材に対しては同一の参照符号を使用する。

図１には、本発明の第１実施形態による、遠心圧縮機１００のための翼配列を備えたディフューザ１が示されている。ディフューザ１は、ディフューザ通路区分２を有しており、このディフューザ通路区分２は、第１の側壁３と第２の側壁４とから形成される。ディフューザ通路区分２は、圧縮機インペラから圧縮機螺旋（図示せず）への入口に到るまで延びている。第１の側壁３と第２の側壁４とは、流れ方向において少なくとも部分的に互いに拡がるように配置されている。ディフューザ１は、図１において、複数の個々の翼６，６’を備えた環状翼セット（Schaufelkranz）５を有しており、翼６，６’は少なくとも部分的にディフューザ通路区分２に配置されている。すなわち、ディフューザ１内には、ディフューザ通路区分２の内部に、翼を備えた領域と翼を備えてない領域とが存在していてよい。図１の実施形態では、第２の側壁４に、複数の均圧開口７，７’が加工されており、図１の側面図には、単に１つの均圧開口７，７’だけが示されている。図１の実施形態では、ディフューザ１の第２の側壁４は、タービンホイール（図示せず）に向けられた側に位置しており、タービンホイールは、遠心圧縮機１００をも有するターボチャージャアセンブリ（図示せず）の構成部分である。ディフューザ１は第１のリング通路１０を有しており、この第１のリング通路１０は、均圧開口７，７’の後ろ側または後ろに配置されている。第１のリング通路１０は、実質的にリング形状の連続する通路として形成されており、この通路は、開放通路（offener Kanal）とも呼ぶことができる。均圧は、開放通路において通路の全周にわたって行われる。均圧によって、ディフューザ通路区分２におけるディフューザ通路（Diffusorpassage）の間における流れを安定化させることができる。既に不安定領域において運転される個々のディフューザ通路における流れを安定化させるために、互いに隣接したディフューザ通路からのまたは互いに隣接していないディフューザ通路からの安定化リザーブを使用することができる。互いに隣接した２つのディフューザ翼の間における空間または領域または区分が、ディフューザ通路と呼ばれる。

第１のリング通路１０は、このリング通路１０が均圧開口７，７’の後ろ側に常に設置されていることが保証されている限りは、側壁３，４の構成部分として、側壁３，４の一方または両方に直に組み込まれていてよい。しかしながら、それぞれの側壁３，４に各１つのリング通路が設置されており、このリング通路が均圧開口７，７’を介してディフューザ通路区分２に流体接続されている実施形態（図示せず）も可能である。

図１に示した実施形態では、第１のリング通路１０は第３の側壁１５に加工されており、第３の側壁１５は、ディフューザ通路区分２の第２の側壁４の後ろ側または後ろに配置されており、第２の側壁４には均圧開口７，７’が加工されている。第３の側壁１５は、いわゆる中間壁として形成されていてよく、この中間壁は、ターボチャージャアセンブリの圧縮機側とタービン側との間に配置されている。

しかしながら、リング通路１０ひいては均圧開口７，７’はまた、ディフューザ通路区分２の第２の側壁４または第１の側壁３の構成部分であってもよく（図示せず）、このように構成されていると、第３の側壁１５は省かれる。このような構成では、均圧開口７，７’およびリング通路１０は一体に製造された部材に加工され、この部材の１つの面が第１の側壁３または第２の側壁４を形成することになる。しかしながら、この実施形態においても、リング通路１０は均圧開口７，７’の後ろ側に配置されているので、リング通路１０が均圧開口７，７’を介してディフューザ通路区分２に流体接続されることが保証され、これによって同時に、ディフューザ１の複数の流過横断面が互いに流体接続されることが達成される。図１の実施形態では、リング通路１０が均圧開口７，７’のうちの少なくとも２つを介して、ディフューザ通路区分２に流体接続されている構成が合理的である。ディフューザ通路区分２の両方の側壁３，４のうちの少なくとも一方に加工された均圧開口７，７’はそれぞれ、図１の図示の実施形態ではそれぞれの側壁３，４の特定の領域、つまり第１の側壁３と第２の側壁４とが流れ方向において少なくとも部分的に互いに拡がるように配置される領域に配置されている。しかしながら、均圧開口７，７’は、第１の側壁３と第２の側壁４とが流れ方向において少なくとも部分的に互いに拡がるように配置されていてもよいし、ディフューザ通路区分２の領域の外側に配置されていてもよい。

均圧開口７，７’は、それぞれ孔としておよび／またはスリットとして形成されていてよい。しかしながら、代替的に、均圧開口が複数の開口から成っていてもよく、つまり、例えば複数の個々の孔またはスリットから成っていてもよいし、または両方の形態の組合せであってもよい。しかしながら、別の形態の均圧開口をディフューザ１において実現することも可能である。図１では、均圧開口７，７’はさらに、ディフューザ１の、翼を備えたディフューザ通路区分２に配置されている。このように構成されていると、極めて強い減速に基づいて生じる、この領域、つまり翼を備えたディフューザ領域における流れの剥離が均圧化されるという利点を得ることができる。しかしながら、代替的にまたは追加的に、均圧開口７，７’は、翼を備えてないディフューザ通路区分２に配置されていてもよく、すなわち複数の個々の均圧開口７，７’が、両方の側壁３，４のうちの少なくとも一方に加工され、ディフューザ通路区分２の、両方の側壁３，４によって形成されるこの領域には、ディフューザ翼６，６’が配置されていない構成が可能である。図１の実施形態では、本発明に係るディフューザ１を備えた遠心圧縮機１００は、さらに圧縮機インペラ４０、圧縮機ハウジング４２および軸受ハウジング４４を有している。しかしながら、圧縮機の追加的なまたは別の構成部分は、図面を見易くするために図面には示されていない。

図２には、本発明の第２実施形態による、遠心圧縮機１００用の翼配列を備えたディフューザ１の一部が縦断面図で示されている。図２に示したディフューザ１は、ディフューザ通路区分２に環状翼セット５（図２において完全には示されていない）の複数のディフューザ翼６，６’を有している。図２には、単にディフューザ１の第２の側壁４だけが示されている。この第２の側壁４には、均圧開口７，７’が加工されており、図２には縦断面図で、ただ１つの均圧開口７，７’のみが示されている。側壁４には、均圧開口７，７’の直ぐ後ろ側にリング通路１０が配置されている。つまり、リング通路１０は、図２の図示の実施形態では、第２の側壁４の構成部分である。リング通路１０は、個々のディフューザ翼６，６’の間における均圧を可能にしており、個々のディフューザ翼６，６’は、少なくとも部分的に、側壁が拡がっているディフューザ通路区分２の内部に配置されている。これによって、ディフューザ１の環状翼セット５の個々のディフューザ翼６，６’における流れの剥離を解消することができる。流れの剥離は、ディフューザ１のポンプ限界（Pumpgrenze）への接近時に、まず、強い負荷を加えられる個々のディフューザ通路において、つまり例えば圧縮機ハウジングにおけるような非対称形状に基づいて不均一に負荷が加えられる互いに隣接した２つのディフューザ翼６，６’の領域において、発生する。図２に示した均圧開口７，７’は、リング通路１０をディフューザ１の流過横断面に接続している。

図２に示したディフューザ１の実施形態では、ディフューザ１の第２の側壁４は、ディフューザプレート１２の構成部分である。このディフューザプレート１２は、個々の均圧開口７，７’と第１のリング通路１０とを有しており、第１のリング通路１０は、均圧開口７，７’の後ろ側に配置されている。

図３には、ディフューザ１が平面図で示されている。ディフューザ１はディフューザプレート１２を有している。このディフューザプレート１２は、複数の均圧開口７，７’を有しており、これらの均圧開口７，７’はそれぞれ、ディフューザ１の流過横断面を第１のリング通路１０に流体接続している。第１のリング通路１０は、均圧開口７，７’の後ろ側に配置されている。第１のリング通路１０は、図３に示したように、いわゆる連続するリング室として形成されている。第１のリング通路１０は、図１および図２において既に示したように、ディフューザプレート１２に直に組み込まれていてもよいし、または代替的に別体の壁に加工されていてもよく、この場合、別体の壁は、ディフューザプレート１２の後ろ側に配置されている。図３に示したディフューザプレート１２の均圧開口７，７’はそれぞれ、互いに隣接した２つの翼６，６’の間に配置されている。翼６，６’はそれぞれ、吐出側２２と吸込み側２３とを有しており、各翼６，６’の吐出側２２および吸込み側２３は、これらの翼６，６’の翼入口縁８および翼出口縁８’によって画定される。例えば翼６’は、図３において翼入口縁８および翼出口縁８’を有しており、この翼入口縁８および翼出口縁８’はそれぞれ、この翼６’の吐出側２２と吸込み側２３とを画定する。複数の均圧開口７，７’はそれぞれ、環状翼セット５の翼６の吐出側２２と隣接した翼６’の吸込み側２３との間に配置されている。例えば、図３において翼６と翼６’との間におけるディフューザ通路に位置する均圧開口７は、この均圧開口７が、環状翼セット５の翼６の吐出側２２と隣接した翼６’の吸込み側２３との間に配置されるように配置されている。

個々の均圧開口７，７’は、図３においてスリットとして形成されている。代替的に、個々の均圧開口７，７’は、それぞれ孔としておよび／またはスリットとして形成されていてもよい。しかしながら、それぞれ１つの均圧開口７，７’を形成する複数の孔またはスリットを設けることも考えられる。

図３のディフューザ１の図示の実施形態では、第１のリング通路１０は、分割手段１３によって、互いに切り離された複数の個々の部分通路領域１１，１１’に分割されている。図示の実施形態では、第１のリング通路１０の部分通路領域１１，１１’のそれぞれには、２つのディフューザ通路が対応配置されている。しかしながら、明瞭にしておくと、これらの均圧開口７，７’は、第１のリング通路１０の一体の構成部分ではない。第１のリング通路１０を個々の部分通路領域に分割することによって、均圧が単に部分通路領域１１，１１’のそれぞれ互いに隣接した翼６，６’の間においてしか行われないということが達成される。このようにして、部分通路領域の内部における翼の間の均圧を局部的に制限することができる。個々の部分通路領域によって、いわゆる閉鎖された部分通路領域が形成される。つまり、図３に示した実施形態では、図１および図２の実施形態において連続するリング通路において行われているように、均圧はもはや完全な第１のリング通路１０を介して行われるのではない。分割手段１３は、例えば仕切り壁（Trennwand）として形成されていてよい。個々の仕切り壁１３は、ディフューザ１の、流れとは反対の側に位置している。第１のリング通路１０を、流れ技術的に互いに無関係な個々の部分通路領域に分割することによって、安定性を高め、かつディフューザ１の効率を改善することができる。第１のリング通路１０の内部における個々の部分通路領域１１，１１’は、例えばいわゆる付加製造法（additive Fertigungsmethode）によって製造することができる。代替的に、第１のリング通路１０を、例えば遠心圧縮機１００の軸受ハウジングのような隣接した部材における当接によって、個々の部分通路領域１１，１１’に分割することも可能である（図示せず）。

図４には、本発明に係るディフューザ１の別の実施形態が平面図で示されている。図４には、ディフューザ１のディフューザプレート１２が示されている。このディフューザプレート１２には、複数の均圧開口７，７’，７’’が加工されており、これらの均圧開口７，７’，７’’はそれぞれ、ディフューザ１の最も狭い流過横断面をリング通路１０に流体接続しており、第１のリング通路１０は、均圧開口７，７’，７’’の後ろ側に配置されている。ディフューザ１の図４に示した実施形態は、個々の部分通路領域１１，１１’がそれぞれ、３つの翼６，６’，６’’を備えた３つの均圧開口７，７’，７’’を有している点において、図３に示した実施形態とは異なっている。図面を見易くする理由から、図４には単に第１のリング通路１０の部分通路領域１１にのみ相応の符号が付されている。代替的に、相応の切離しによって、３つよりも多くの翼が第１のリング通路１０の１つの部分通路領域を分割するような実施形態も実現可能である。さらにまた、第１のリング通路１０の内部に次のような複数の部分通路領域が存在するような実施形態も考えられ、この場合、これらの部分通路領域はそれぞれ異なった数の翼を有している、つまり、例えば２つの翼にわたって延びる部分通路領域と３つの翼を有する部分通路領域とを有している。図４に示した実施形態には、翼６と翼６’とによって形成されるディフューザ通路内における流体の主流方向が、方向ベクトル５２によって例示されている。

図５には、ディフューザ１のディフューザプレート１２と共に、本発明に係るディフューザ１の別の実施形態が平面図で示されている。この実施形態において示す、図５のディフューザプレート１２は、原則的に、図３に示したディフューザ１の実施形態と同じである。図５の実施形態は単に、図５のディフューザプレート１２には第１のリング通路１０の他に第２のリング通路２０が設けられている点においてのみ、図３の実施形態と異なっている。ディフューザプレート１２における第２のリングプレート２０は、互いに隣接していない翼のディフューザ通路を互いに流体接続するという課題を有している。図５の実施形態では、リング通路２０は、部分通路領域１１の翼を部分通路領域１１’’の翼に接続している。このようにすると、それぞれディフューザプレート１２の異なった部分通路領域に位置している互いに隣接していない翼の間における均圧を実現することができる。第２のリング通路２０は、第１のリング通路１０も加工されているディフューザプレート１２に加工されていてもよい。代替的に、第２のリング通路２０は、ディフューザプレート１２が均圧開口を有している場合には、ディフューザプレート１２の後ろ側に配置されている別体の壁に加工されていてもよい。代替的に、第２のリング通路２０は、ディフューザ通路区分２の均圧開口７，７’を備えた側壁３，４のうちの一方に加工されていてもよいし、または均圧開口７，７’を備えた側壁３，４のうちの一方の後ろ側に位置している第３の側壁１５に加工されていてもよい。このようにすると、例えば２つのディフューザ通路を互いに流体接続することができ、この場合、両方のディフューザ通路は、直接並んでかつ隣接して配置されていない。図５から明らかなように、このことは、例えば均圧開口７を有するディフューザ通路が、均圧開口７’’’を有するディフューザ通路に流体接続されることを意味する。このようにして、翼の間の均圧または互いに隣接していない部分通路領域のディフューザ通路の均圧を行うことができる。使用に応じて、２つよりも多くのリング通路がディフューザ１に加工されていてもよい。

図６には、互いに隣接した２つの翼６，６’の間のディフューザ通路における均圧開口の可能な方向付けのための例と共にディフューザプレート１２が部分図で示されている。図６の実施形態は単に、図６に例示された均圧開口７−１，７−２が互いに隣接した２つのディフューザ翼６，６’のディフューザ通路の内部において、ディフューザプレート１２に対してそれぞれ異なって方向付けまたは位置を有することができる点においてのみ、図３、図４および図５の実施形態と異なっている。図６の翼６，６’はそれぞれ、吐出側２２と吸込み側２３とを有している。各翼６，６’の吐出側２２および吸込み側２３は、各翼６，６’の翼入口縁８および翼出口縁８’によって画定される。図６において、翼６と翼６’との間のディフューザ通路内に位置している均圧開口７−１は、例えばこの均圧開口７−１が環状翼セット５の翼６の吐出側２２と隣接した翼６’の吸込み側２３との間に配置されるように、配置または方向付けされている。同じことは、図６に示した均圧開口７−２の配置形態に対しても言える。

図６の実施形態において、互いに隣接したディフューザ翼６，６’の間におけるディフューザ通路には、１つの均圧開口が、つまり均圧開口７−１かまたは均圧開口７−２が位置している。しかしながら、１つのディフューザ通路の内部に複数の均圧開口が配置されているような構成も可能であり、この場合、ディフューザ通路の内部における複数の均圧開口の状態位置および位置は互いに異なっていてよい。

図７には、ディフューザプレート１２の内部における均圧開口７，７’の、およびディフューザ通路区分２における流体の主流方向５２に関する均圧開口７，７’の方向付けまたは可能な状態位置のための一例が示されている。図７において、ディフューザ通路区分は側壁３と側壁４とによって形成されており、側壁４はディフューザプレート１２の構成部分である。均圧開口７，７’は、図７の実施形態ではディフューザプレート１２に加工されており、第１のリング通路１０に接続されている。図面を見易くするために、図７には追加的に、ディフューザ通路区分２における流体の流れ方向が示されており、この流れ方向は、ベクトル５２によって描かれている。ディフューザ通路区分２の側壁４に加工された、図７に示した均圧開口７，７’の方向付けは、この側壁４の、ディフューザ通路区分２に向けられた面に対する、均圧開口７，７’の設置角５４として定義されている設置角５４によって定められる。図７の実施形態における設置角５４は、ディフューザ通路区分２における流体の損失を減じるために、好ましくは０度よりは大きい角度と約１８０度よりは小さい角度との間の範囲にあってよい。

図８には、翼を備えたディフューザ１を有するターボチャージャアセンブリ１５０が概略的に示されている。図８の実施形態では、ターボチャージャアセンブリ１５０は、均圧開口７，７’（図示せず）を介して第１のリング通路１０に流体接続されているディフューザ通路区分２を有している。このディフューザ通路区分２は、圧縮機インペラ１０１に接続されており、圧縮機インペラ１０１は軸１５３を介してタービン１５１によって駆動される。ディフューザ通路区分２および圧縮機インペラ１０１は、遠心圧縮機１００の構成部分である。第１のリング通路１０は、接続通路３０を介して、リング通路プレナムとも呼ばれる圧力プレナム３１に接続されている。圧力プレナム３１内には洗浄剤としてまたは洗浄媒体として流体が導入され、この流体は好ましくは洗浄空気として形成されているが、同時にまたは追加的に冷却のためにも使用可能である。図８の実施形態における流体は、流体源３５によって準備される。圧力源とも呼ぶことができるこの流体源３５は、好ましくは、チャージエアクーラとして形成されていてよい。このチャージエアクーラには、遠心圧縮機１００から圧縮された空気が供給され、チャージエアクーラは、遠心圧縮機１００の圧縮された空気を、確定された温度に冷却し、次いで、この確定された温度に冷却された空気がエンジンに供給される（図示せず）。洗浄剤として形成された、チャージエアクーラからの流体は、次いで圧力プレナム３１に供給される。この圧力プレナム３１は、図８に示した実施形態では、追加的に通路１５４を介して圧縮機インペラ１０１に接続されているので、チャージエアクーラ３５からの洗浄剤の一部は、圧縮機インペラ１０１を冷却するためにも使用することができる。このようにして、圧縮機インペラ冷却を実現することができる。第１のリング通路１０は、流体源３５からの洗浄剤によって掃気され、洗浄剤は圧力プレナム３１内にストック可能である。接続通路３０は、好ましくは、特定の直径を有する１つの孔として形成されている。しかしながら、接続通路３０は、確定された直径Ｄを有する孔として形成されている必要はなく、角張ってまたは他の形に成形された貫通孔として形成されていてもよい。代替的に、接続孔３０は、複数の個々の貫通孔から形成されていてもよい。接続通路３０の幾何学的な構成にとって重要なのは、この幾何学的な構成によって、洗浄剤が接続通路３０を通して第１のリング通路１０内にどのような圧力で導入されるかを確定することである。第１のリング通路１０における圧力は、ディフューザ通路区分２内に形成される圧力よりも、値的に僅かに高いことが望ましい。これによって、第１のリング通路１０における所望の均圧作用が損なわれることはなくなる。さらに、第１のリング通路１０からディフューザ通路区分２への大量の吹出しが生じることは回避されることが望ましい。つまり、接続通路３０の幾何学的な構成によって、接続通路３０における洗浄剤が第１のリング通路１０に運ばれる圧力を調節することができる。確定された調節された圧力によって第１のリング通路１０内に圧送される洗浄剤によって、第１のリング通路１０が洗浄剤によって掃気されることが達成される。洗浄は、ディフューザ通路区分２からの空気が含有する可能性があるオイル含有粒子の堆積による、第１のリング通路１０の汚染および均圧開口７，７’，７’’，７’’’の閉塞を予防する。洗浄媒体を特定の圧力で第１のリング通路１０内に導入できるようにするために、流体源３５および圧力プレナム３１において特定の圧力が、つまり第１のリング通路１０における圧力およびディフューザ通路区分２における圧力よりも大きな値の圧力が、既に形成されていることが望ましい。流体源３５における圧力は、値的に、圧力プレナム３１における圧力およびリング通路１０における圧力ならびにディフューザ通路区分２における圧力よりも高いことが望ましい。流体源３５は、圧縮空気網として形成されていてもよい。流体源３５は、圧力プレナム３１のための流体を準備する複数の流体源から成っていてもよい。追加的に、図８および図９の実施形態では、フィルタシステム３９が設けられていてよく、このフィルタシステム３９は、洗浄剤または流体を浄化するために、圧力プレナム３１と流体源３５との間に設置されている。また極めて一般的に、圧力プレナム３１と第２のリング通路との間に相応の接続部が形成される場合（図示せず）には、第１のリング通路１０のみならず第２のリング通路をも掃気するために、流体源３５からの流体を使用できるようになっていてもよい。

図９には、遠心圧縮機のための、圧力プレナム３１および翼を備えたディフューザ１が示されている。図９の実施形態は、第１のリング通路１０が接続通路３０を介して圧力プレナム３１に接続されている点において、図１の実施形態と異なっている。図８の実施形態について既に述べたように、流体源３５に接続されている圧力プレナム３１から、流体が圧力下で接続通路３０を介して第１のリング通路１０内に導入される。これによって、次のような作用効果が得られる。すなわち、第１のリング通路１０が、流体として形成された、流体源３５からの洗浄剤によって掃気され、これによってリング通路１０および均圧開口７，７’，７’’，７’’’における堆積物および残留粒子をはがすまたは阻止することができる。図１の実施形態に対するさらなる相違点は、流体が圧力プレナム３１から接続通路１５４を介して圧縮機インペラ１０１に導かれることによって、圧縮機インペラ１０１を冷却する圧縮機インペラ冷却作用が追加的に実現される点である。

１ ディフューザ
２ ディフューザ通路区分
３ 第１の側壁
４ 第２の側壁
５ 環状翼セット
６,６’,６’’,６’’’ 翼セットの翼
７,７’,７’’,７’’’,７−１，７−２ 均圧開口
８ 翼の翼入口縁
８’ 翼出口縁
１０ 第１のリング通路
１１，１１’，１１’’ 部分通路領域
１２ ディフューザプレート
１３ 分割手段
１５ 側壁
２０ 第２のリング通路
２２ ディフューザ翼の吐出側
２３ ディフューザ翼の吸込み側
３０ 接続通路
３１ 圧力プレナム
３５ 流体源
３９ フィルタシステム
４０ 圧縮機インペラ
４２ 圧縮機ハウジング（タービン側）
４４ 軸受ハウジング
５２ ディフューザ通路区分における流体の主流方向の方向ベクトル
５４ 設置角
１００ 遠心圧縮機
１０１ 圧縮機インペラ
１５０ ターボチャージャアセンブリ
１５１ タービン
１５３ 軸
１５４ 圧縮機インペラ冷却管路

Claims (15)

1. 遠心圧縮機（１００）用のディフューザであって、
   第１の側壁（３）と第２の側壁（４）とによって形成されるディフューザ通路区分（２）であって、前記第１の側壁（３）と前記第２の側壁（４）とが流れ方向において少なくとも部分的に互いに拡がるように配置されているディフューザ通路区分（２）と、
   複数の翼（６，６’）を備えた環状翼セット（５）であって、前記翼（６，６’）が少なくとも部分的に前記ディフューザ通路区分（２）に配置されており、前記翼（６，６’）のそれぞれが吐出側（２２）および吸込み側（２３）を有しており、かつ前記翼（６，６’）それぞれの前記吐出側（２２）および前記吸込み側（２３）が、当該翼（６，６’）の翼入口縁（８）と翼出口縁（８’）とによって画定される環状翼セット（５）と、
   前記ディフューザ通路区分（２）の前記両方の側壁（３，４）のうちの少なくとも一方に加工された、複数の均圧開口（７，７’）であって、該複数の均圧開口（７，７’）のそれぞれが、前記環状翼セット（５）の１つの翼（６）の前記吐出側（２２）と隣接した翼（６’）の前記吸込み側（２３）との間に配置されている複数の均圧開口（７，７’）と、
   前記均圧開口（７，７’）の後ろ側に配置された第１のリング通路（１０）であって、該第１のリング通路（１０）が前記均圧開口（７，７’）のうちの少なくとも２つを介して前記ディフューザ通路区分（２）に流体接続されており、これによって前記ディフューザ（１）の複数のディフューザ通路が互いに流体接続可能である第１のリング通路（１０）と、
   を備え、
   前記ディフューザ通路区分（２）における前記環状翼セット（５）の互いに隣接した２つの翼（６，６’）の間の領域が、ディフューザ通路と呼ばれる、遠心圧縮機（１００）用のディフューザ。
2. 前記第１のリング通路（１０）は、前記ディフューザ通路区分（２）の前記両方の側壁（３，４）のうちの一方に加工されている、請求項１記載のディフューザ。
3. 前記ディフューザ通路区分（２）の前記両方の側壁（３，４）のうちの少なくとも一方に加工されている前記複数の均圧開口（７，７’）は、前記第１の側壁（３）と前記第２の側壁（４）とが流れ方向において少なくとも部分的に互いに拡がるように配置される、それぞれの前記側壁（３，４）の領域に配置されている、請求項１または２記載のディフューザ。
4. 前記均圧開口（７，７’）はそれぞれ、孔としておよび／またはスリットとして形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のディフューザ。
5. 前記ディフューザ通路区分（２）の各側壁（３，４）における前記均圧開口（７，７’）のそれぞれの方向付けが、前記側壁（３，４）の、前記ディフューザ通路区分（２）に向けられた面に対する、前記各均圧開口（７，７’）の設置角（５４）として定義される設置角（５４）によって定められる、請求項１から４までのいずれか１項記載のディフューザ。
6. 前記第１のリング通路（１０）は、分割手段（１３）によって、前記第１のリング通路（１０）の、互いに対して切り離された複数の個々の部分通路領域（１１，１１’）に分割されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のディフューザ。
7. 前記第１のリング通路（１０）の前記部分通路領域（１１，１１’）はそれぞれ、少なくとも２つの前記均圧開口（７，７’）を有している、請求項７記載のディフューザ。
8. 前記ディフューザ通路区分（２）の、前記均圧開口（７，７’）を備えた前記側壁（３，４）のうちの一方に、少なくとも１つの第２のリング通路（２０）が加工されており、これによって前記ディフューザ通路は、前記環状翼セット（５）の互いに隣接していない２つの翼（６，６’’）によって、互いに流体接続可能である、請求項１から７までのいずれか１項記載のディフューザ。
9. 前記ディフューザ通路区分（２）の前記第１の側壁（３）または前記第２の側壁（４）は、ディフューザプレート（１２）として形成されており、該ディフューザプレート（１２）に、複数の前記均圧開口（７，７’）および少なくとも１つの前記リング通路（１０，２０）が加工されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のディフューザ。
10. 前記第１のリング通路（１０）は、接続通路（３０）を介して圧力プレナム（３１）に接続可能であり、これによって流体が前記圧力プレナム（３１）から前記第１のリング通路（１０）に流入することができ、これをもって前記第１のリング通路（１０）は前記流体によって掃気される、請求項１記載のディフューザ。
11. 前記圧力プレナム（３１）は流体源（３５）に接続されていて、該流体源（３５）は、前記圧力プレナム（３１）のための流体を準備するように形成されている、請求項１０記載のディフューザ。
12. 前記流体源（３５）は、チャージエアクーラとして形成されており、該チャージエアクーラは、流体を準備するように形成されており、前記流体は、前記チャージエアクーラから前記圧力プレナム（３１）内に導入可能である、請求項１１記載のディフューザ。
13. 前記圧力プレナム（３１）と前記流体源（３５）との間に、前記流体を浄化するためのフィルタシステム（３９）が設置されている、請求項１０から１２までのいずれか１項記載のディフューザ。
14. 請求項１から１３までのいずれか１項記載のディフューザ（１）を備えた遠心圧縮機（１００）。
15. 請求項１４記載の遠心圧縮機を有するターボチャージャアセンブリ（１５０）。

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