JP2023119272A - 遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】中間スクロールにおける圧力損失を抑えつつ、ケーシングの小径化を図る。【解決手段】遠心圧縮機は、複数のインペラを有する回転軸と、吸込口、吐出口、及び中間吐出口、を有するケーシングと、を備える。ケーシングは、複数のダイアフラムと、筒状に形成された外部ケーシングと、インペラから吐出された作動流体の流れ方向を径方向の内側へ案内するリターン流路と、中間段のインペラから吐出された作動流体の一部を中間吐出口に導く中間スクロールと、を有する。中間スクロールは、リターン流路に対して軸線方向の第二側に形成されたスクロール流路と、リターン流路とスクロール流路とを接続する導入部と、を有し、スクロール流路の外側流路形成面が、外部ケーシングにおいて径方向の内側を向くケーシング内周面により形成されている。【選択図】図２

Description

本開示は、遠心圧縮機に関する。

遠心回転機械の一種として、ガスを圧縮するインペラを複数段に備えた多段遠心圧縮機が知られている。多段遠心圧縮機は、吸込口からケーシング内に吸い込んだガスを、複数段のインペラで順次圧縮し、吐出口からケーシング外に排出する。

このような多段遠心圧縮機において、吸込口と吐出口との間に、中間吐出口を備えた構造が知られている。例えば、特許文献１には、吸込口、吐出口、及び中間吐出口を有するケーシングと、ケーシング内に配置され、軸線方向に延びる回転軸と、回転軸に固定された複数のインペラと、各インペラの径方向の外側に配置されたディフューザと、ディフューザの下流に配置されたリターン流路と、を備えた多段遠心圧縮機が開示されている。この多段遠心圧縮機は、中間段のインペラにより昇圧されたガスの一部を抽出する環状の抽出口と、抽出したガスの流れを集め中間吐出口へ導く中間スクロール（集合管）と、を備えている。中間スクロールは、ディフューザからリターン流路へ移る曲がり部よりも径方向外周側であって、軸方向でリターン流路とディフューザとの間に配置されている。

特許第３４３２６７４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、中間スクロールは、ディフューザからリターン流路へ移る曲がり部よりも径方向の外側に配置されている。このため、ケーシングの大径化に繋がり、多段遠心圧縮機の小型化の妨げとなってしまう。一方で、中間スクロールを、リターン流路の曲がり部より径方向の内側に配置した場合、その位置によっては、ディフューザから吐出された作動流体の流れ方向の転向が大きくなり、圧力損失が増大してしまう。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、中間スクロールにおける圧力損失を抑えつつ、ケーシングの小径化を図ることができる遠心圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係る遠心圧縮機は、中心軸の延びる軸線方向に延びる回転軸と、前記軸線方向の第一側に形成された吸込口、前記軸線方向の第二側に形成された吐出口、及び前記軸線方向で前記吸込口と前記吐出口との間に形成された中間吐出口、を有するケーシングと、を備え、前記回転軸は、前記ケーシング内で前記軸線方向に離れて複数配置され、前記軸線方向の第一側から供給された作動流体を、前記中心軸を基準とする径方向の外側に圧縮して吐出するインペラを有し、前記ケーシングは、前記インペラを覆うように前記軸線方向に延びる筒状に形成された複数のダイアフラムと、複数の前記ダイアフラムを覆うように前記軸線方向に延びる筒状に形成された外部ケーシングと、前記インペラから吐出されて前記径方向の外側に向けて流れる前記作動流体の流れ方向を前記径方向の内側へ案内するリターン流路と、複数の前記インペラのうち、前記軸線方向の途中に配置された中間段の前記インペラから吐出された前記作動流体の一部を前記中間吐出口に導く中間スクロールと、を有し、前記中間スクロールは、前記リターン流路に対して前記軸線方向の第二側に形成されて前記中心軸回りの周方向に延び、前記周方向の一部で前記中間吐出口に接続されたスクロール流路と、前記リターン流路と前記スクロール流路とを接続し、前記リターン流路を流れる前記作動流体の一部を前記スクロール流路に導入する導入部と、を有し、前記スクロール流路において、前記径方向の最も外側に位置する外側流路形成面が、前記外部ケーシングにおいて前記径方向の内側を向いて、前記ダイアフラムにおいて前記径方向の外側を向くダイアフラム外周面と対向するケーシング内周面により形成されている。

本開示の遠心圧縮機によれば、中間スクロールにおける圧力損失を抑えつつ、ケーシングの小径化を図ることができる。

本開示の実施形態に係る遠心圧縮機の断面図である。 上記遠心圧縮機の中間スクロール周辺の構成を示す拡大断面図である。 図１のＩ－Ｉ矢視断面図である。 上記中間スクロールの導入部の変形例を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して、本開示による遠心圧縮機を実施するための形態を説明する。しかし、本開示はこの実施形態のみに限定されるものではない。

（遠心圧縮機の構成）
図１に示すように、本実施形態における遠心圧縮機１は、一軸多段遠心圧縮機である。遠心圧縮機１は、中心軸Ｏ回りに回転する回転軸２と、回転軸２を囲うように形成されたケーシング１０と、を主に備えている。

回転軸２は、中心軸Ｏの延びている軸線方向Ｄａに延びている。回転軸２は、ケーシング１０の内部を中心軸Ｏに沿って貫通するように延びている。回転軸２は、回転軸本体２Ａと、インペラ３とを有している。

回転軸本体２Ａは、軸線方向Ｄａに延びる円柱状に形成されている。回転軸本体２Ａの軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１の端部は、ジャーナル軸受４Ａ及びスラスト軸受５により、中心軸Ｏ回りに回転可能にケーシング１０に支持されている。回転軸本体２Ａの軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２の端部は、ジャーナル軸受４Ｂにより、中心軸Ｏ回りに回転可能にケーシング１０に支持されている。

インペラ３は、回転軸本体２Ａに対して、中心軸Ｏを基準とする径方向Ｄｒの外側に配置されている。インペラ３は、ケーシング１０の内で軸線方向Ｄａに離れて複数配置されている。本実施形態において、インペラ３は、軸線方向Ｄａに間隔をあけて、例えば六つ配置されている。

各インペラ３は、軸線方向Ｄａから見て略円形の断面を有するディスク３ａと、ディスク３ａの軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１の面から延びる複数のブレード３ｂと、これら複数のブレード３ｂを軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１から覆うシュラウド３ｃと、を有している。各インペラ３は、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１から供給された作動流体Ｇを、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに圧縮して吐出する。図２に示すように、各インペラ３は、内部に圧縮流路３３が形成されている。圧縮流路３３は、ディスク３ａの軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１の面、シュラウド３ｃの軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２の面、及び周方向に隣り合う一対のブレード３ｂによって囲まれて形成されている。圧縮流路３３は、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉから径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに向かうに従って、その断面積が次第に減少している。これにより、インペラ３が回転している状態で圧縮流路３３中を流通する作動流体Ｇは、徐々に圧縮されて高圧となる。図１に示すように、各インペラ３は、遠心圧縮機１における圧縮段を構成する。遠心圧縮機１は、計六段の第一の圧縮段Ｐ１～第六の圧縮段Ｐ６を備えている。なお、各々のインペラ３は、シュラウドを有していないオープンインペラであってもよい。

ケーシング１０は、回転軸本体２Ａ及び複数のインペラ３を、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏから囲うように形成されている。ケーシング１０は、外部ケーシング１１と、吸込口１２と、吐出口１３と、中間吐出口１４と、複数のダイアフラム２０と、第一ケーシングヘッド７Ａと、第二ケーシングヘッド７Ｂとを備えている。

外部ケーシング１１は、軸線方向Ｄａに延びる筒状に形成されている。外部ケーシング１１は、回転軸２、及び複数のダイアフラム２０を径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏから覆うように形成されている。外部ケーシング１１は、吸込口１２と、吐出口１３と、中間吐出口１４とを形成している。

吸込口１２は、外部ケーシング１１の軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１に形成されている。吸込口１２は、外部から外部ケーシング１１内に作動流体Ｇを流入させる。

吐出口１３は、外部ケーシング１１の軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に形成されている。吐出口１３は、外部ケーシング１１内で全ての圧縮段Ｐ１～Ｐ６のインペラ３を経て圧縮された作動流体Ｇを、外部ケーシング１１の外部に吐出する。つまり、吐出口１３は、吸込口１２に対して、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に離れて配置されている。

中間吐出口１４は、軸線方向Ｄａで吸込口１２と吐出口１３との間に形成されている。中間吐出口１４は、吸込口１２及び吐出口１３に対して、軸線方向Ｄａに離れた位置に形成されている。中間吐出口１４は、後に詳述するように、複数の全ての圧縮段Ｐ１～Ｐ６のインペラ３のうち、一部の圧縮段のインペラ３を経て圧縮された作動流体Ｇを、外部ケーシング１１の外部に吐出する。本実施形態の中間吐出口１４は、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１の一部の圧縮段Ｐ１～Ｐ３のインペラ３を経て圧縮された作動流体Ｇを、外部ケーシング１１の外部に吐出する。中間吐出口１４から吐出される作動流体Ｇの圧力は、全てのインペラ３で圧縮されて吐出口１３から吐出される作動流体Ｇの圧力よりも低い。

複数のダイアフラム２０は、外部ケーシング１１の径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置されている。複数のダイアフラム２０は、各段のインペラ３を覆うように、全体として、軸線方向Ｄａに延びる筒状に形成されている。各ダイアフラム２０は、中心軸Ｏを中心とする円板状に形成されている。複数のダイアフラム２０は、回転軸２の周囲を覆うことで複数のインペラ３の間を結ぶケーシング流路３０を形成する。

また、本実施形態において、複数のダイアフラム２０は、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１に配置された第一ダイアフラム２１と、第一ダイアフラム２１に対して軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に配置された第二ダイアフラム２２と、を有している。第二ダイアフラム２２は、第一ダイアフラム２１よりも径方向Ｄｒの外径が小さい。本実施形態において、計六段の圧縮段Ｐ１～Ｐ６のうち、第一の圧縮段Ｐ１～第三の圧縮段Ｐ３のインペラ３を覆う複数（三つ）のダイアフラム２０が少なくとも第一ダイアフラム２１によって構成されている。第五の圧縮段Ｐ５～第六の圧縮段Ｐ６のインペラ３を覆う複数（二つ）が少なくとも第二ダイアフラム２２によって構成されている。

また、各段の圧縮段Ｐ１～Ｐ６において、複数のダイアフラム２０は、ケーシング流路３０として、図２に示すように、導入流路３１と、曲がり流路３２と、ディフューザ流路３４と、リターン流路３５と、を有している。

導入流路３１は、作動流体Ｇを径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏから径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに向けて案内する。導入流路３１は、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに向かう作動流体Ｇを、曲がり流路３２を介して、インペラ３に案内する。

曲がり流路３２は、導入流路３１の下流側である径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに接続されている。曲がり流路３２は、導入流路３１と接続する位置から軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に向かって曲がるように延びている。これにより、作動流体Ｇの径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに向かう流れが軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に向かう流れに変わる。曲がり流路３２は、このように、導入流路３１から流れてきた作動流体Ｇを軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２へ偏向させてインペラ３の圧縮流路３３に案内する。つまり、曲がり流路３２は、圧縮流路３３に接続されている。圧縮流路３３は、曲がり流路３２の下流側である軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に接続されている。圧縮流路３３は、曲がり流路３２と接続する位置から径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに向かって曲がるように延びている。

ディフューザ流路３４は、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉから外側Ｄｒｏに向かって延びている。ディフューザ流路３４における径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉの端部は、圧縮流路３３の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏの端部に連通されている。ディフューザ流路３４は、インペラ３で圧縮された作動流体Ｇを、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉから径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに案内する。

リターン流路３５は、ディフューザ流路３４を経て、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉから径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに向かって流通した作動流体Ｇの流れ方向を反転させる。リターン流路３５は、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに向けて流れる作動流体Ｇを径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉへ案内する。作動流体Ｇの流通する方向の上流であるリターン流路３５の一端（軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１）は、ディフューザ流路３４に連通されている。作動流体Ｇの流通する方向の下流であるリターン流路３５の他端側（軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２）は、次の導入流路３１に連通されている。

さらに、外部ケーシング１１は、第一筒状部１１１と、第二筒状部１１２と、接続壁部１１３と、を有している。

第一筒状部１１１は、外部ケーシング１１において、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１の領域を形成している。第一筒状部１１１は、第一ダイアフラム２１を径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏから覆うように形成されている。第一筒状部１１１は、軸線方向Ｄａにおいて一定の内径のまま延びている。

第二筒状部１１２は、第一筒状部１１１に対して軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に形成されている。つまり、第二筒状部１１２は、外部ケーシング１１において、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２の領域を形成している。第二筒状部１１２は、第二ダイアフラム２２を径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏから覆うように形成されている。第二筒状部１１２は、第一筒状部１１１よりも径方向Ｄｒの内径が小さい。第二筒状部１１２は、軸線方向Ｄａにおいて一定の内径のまま延びている。

接続壁部１１３は、第一筒状部１１１と第二筒状部１１２との間に形成されている。接続壁部１１３は、第一筒状部１１１と第二筒状部１１２とを径方向Ｄｒで接続している。接続壁部１１３は、軸線方向Ｄａに直交（交差）する方向に延びるように広がっている。本実施形態の接続壁部１１３は、軸線方向Ｄａから見た際に、軸線方向Ｄａに直交する径方向Ｄｒに広がる円板状に形成されている。

図１に示すよう、第一ケーシングヘッド７Ａは、外部ケーシング１１の軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１の開口を塞ぐように配置されている。つまり、第一ケーシングヘッド７Ａは、複数のダイアフラム２０に対して軸線方向Ｄａで第一側Ｄａ１に隣接して配置されている。第一ケーシングヘッド７Ａと、複数のダイアフラム２０のうち軸線方向Ｄａで最も第一側Ｄａ１に配置されたダイアフラム２０Ａとの間には、吸込口１２を介して外部の作動流体Ｇをケーシング流路３０に取り込む吸込スクロール９Ａが形成されている。吸込スクロール９Ａは、吸込口１２とケーシング流路３０とを接続している。吸込スクロール９Ａは、周方向Ｄｃに連続し、断面積が吸込口１２からケーシング流路３０に向かって次第に縮小する渦巻状に形成されている。

第二ケーシングヘッド７Ｂは、外部ケーシング１１の軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２の開口を塞ぐように配置されている。つまり、第二ケーシングヘッド７Ｂは、複数のダイアフラム２０に対して軸線方向Ｄａで第二側Ｄａ２に隣接して配置されている。第二ケーシングヘッド７Ｂと、複数のダイアフラム２０のうち、軸線方向Ｄａで最も第二側Ｄａ２に配置されたダイアフラム２０Ｂとの間には、作動流体Ｇを、吐出口１３を介して外部に吐出する吐出スクロール９Ｂが形成されている。吐出スクロール９Ｂは、吐出口１３とケーシング流路３０とを接続されている。吐出スクロール９Ｂは、周方向Ｄｃに連続して渦巻状に形成され、その断面積がケーシング流路３０から吐出口１３に向かって次第に拡大する渦巻状に形成されている。

さらに、遠心圧縮機１は、軸線方向Ｄａの中間部に、中間スクロール５０を有している。中間スクロール５０は、複数のインペラ３のうち、軸線方向Ｄａの途中に配置された中間段のインペラ３から吐出された作動流体Ｇの一部を中間吐出口１４に導く。本実施形態において、中間スクロール５０は、第三の圧縮段Ｐ３と、第四の圧縮段Ｐ４との間に配置されている。つまり、中間スクロール５０は、第三段の圧縮段Ｐ３のインペラ３から吐出された作動流体Ｇの一部を中間吐出口１４に導いている。中間スクロール５０は、外部ケーシング１１の第一筒状部１１１の径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置されている。中間スクロール５０は、スクロール流路５１と、導入部５２と、を備えている。

図２に示すように、スクロール流路５１は、リターン流路３５Ｃに対して軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に形成されている。スクロール流路５１は、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２の第一筒状部１１１の端部１１１ｓに対し、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに配置されている。図３に示すように、スクロール流路５１は、中心軸Ｏ回りの周方向Ｄｃに渦巻状に形成されている。スクロール流路５１は、その断面積が周方向Ｄｃの一方側Ｄｃ１に向かって次第に拡大するよう形成されている。スクロール流路５１は、周方向Ｄｃの一部で中間吐出口１４に接続されている。

スクロール流路５１は、第三の圧縮段Ｐ３と第四の圧縮段Ｐ４との間に配置されたダイアフラム２０Ｃの径方向Ｄｒの外側に形成されている。スクロール流路５１において、径方向Ｄｒの最も内側に位置する内側流路形成面５１４は、ダイアフラム２０Ｃにおいて、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏを向くダイアフラム外周面２０ｆにより形成されている。内側流路形成面５１４は、スクロール流路５１において、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏを向く面である。

スクロール流路５１において、径方向Ｄｒの最も外側に位置する外側流路形成面５１２は、外部ケーシング１１の第一筒状部１１１において、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉを向くケーシング内周面１０８により形成されている。ケーシング内周面１０８は、ダイアフラム２０Ｃのダイアフラム外周面２０ｆに対し、径方向Ｄｒで対向している。外側流路形成面５１２は、スクロール流路５１において、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉを向く面である。

図２に示すように、スクロール流路５１において軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に位置する第二側流路形成面５１６は、接続壁部１１３において軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１を向く内壁面１１３ｆにより形成されている。第二側流路形成面５１６は、スクロール流路５１において、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１を向く面である。

スクロール流路５１を形成しているダイアフラム２０Ｃは、軸線方向Ｄａでスクロール流路５１とリターン流路３５Ｃとを仕切る延出部２０５を備えている。延出部２０５は、内側流路形成面５１４の軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１から、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに延びている。スクロール流路５１において、軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１に位置する第一側流路形成面５１８は、延出部２０５において、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２を向く延出壁面２０５ｆにより形成されている。第一側流路形成面５１８は、スクロール流路５１において、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２を向く面である。

導入部５２は、リターン流路３５Ｃとスクロール流路５１とを接続している。導入部５２は、リターン流路３５Ｃを流れる作動流体Ｇの一部を、スクロール流路５１に導入する。導入部５２は、リターン流路３５Ｃにおいて径方向Ｄｒの最も外側の最大径部３５ｍから軸線方向Ｄａにまっすぐ延びている。導入部５２は、延出部２０５に対して径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに形成されている。本実施形態において、導入部５２において径方向Ｄｒの最も外側に位置する導入部外側流路形成面５２１の少なくとも一部が、ケーシング内周面１０８により形成されている。

なお、軸線方向Ｄａから見た際の、導入部５２の流路断面積（又は周方向Ｄｃから見た際の導入部５２の径方向Ｄｒの流路幅）は、スクロール流路５１へ供給すべき作動流体Ｇの流量と、リターン流路３５から次の導入流路３１に供給される（痴愚のインペラ３に供給される）流量との比に基づいて適宜設定されればよい。

また、リターン流路３５の最大径部３５ｍを形成する流路内面３５１の少なくとも一部が、ケーシング内周面１０８により形成されている。つまり、径方向Ｄｒにおけるリターン流路３５の最大径部３５ｍの位置は、スクロール流路５１において径方向Ｄｒの最も外側Ｄｒｏである外側流路形成面５１２と同じ位置とされている。

このような中間スクロール５０においては、第一の圧縮段Ｐ１～第三の圧縮段Ｐ３を経ることで圧力上昇した作動流体Ｇの一部が、リターン流路３５Ｃから導入部５２を経て、スクロール流路５１に流入する。作動流体Ｇは、スクロール流路５１に沿って周方向Ｄｃの一方側Ｄｃ１に向かって流れ、中間吐出口１４から外部に吐出される。

（作用効果）
上記構成の遠心圧縮機１は、中間段のインペラ３から吐出された作動流体Ｇの一部を中間吐出口１４に導く中間スクロール５０を備えている。中間スクロール５０のスクロール流路５１において、径方向Ｄｒの最も外側に位置する外側流路形成面５１２が、ケーシング内周面１０８により形成されている。さらに、ケーシング内周面１０８は、ダイアフラム２０において径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏを向くダイアフラム外周面２０ｆと対向するように、外部ケーシング１１において径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉを向いている。つまり、スクロール流路５１の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏの領域は、ダイアフラム２０ではなく、外部ケーシング１１によって形成されている。そのため、スクロール流路５１を形成するためだけに、ダイアフラム２０を径方向Ｄｒに大きくする必要が無く、ダイアフラム２０の大きさを低減できる。さらに、外側流路形成面５１２がダイアフラム外周面２０ｆと対向するケーシング内周面１０８であることで、外側流路形成面５１２は、外部ケーシング１１においてダイアフラム２０に最も近い径方向Ｄｒの最も内側Ｄｒｉに形成されている。したがって、ダイアフラム２０の大きさを低減したうえで、スクロール流路５１を径方向Ｄｒに最大限大きく形成することができる。したがって、中間スクロール５０の性能を確保しつつ、ケーシング１０の小径化を図ることができる。さらに、外部ケーシング１１により、スクロール流路５１の耐圧性能を十分に確保することができる。

また、スクロール流路５１がリターン流路３５Ｃに対して軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に形成されている。そのため、導入部５２は、スクロール流路５１に向かってリターン流路３５Ｃから軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に向けて作動流体Ｇを排出する。このため、リターン流路３５Ｃを流通する作動流体Ｇの流れによる慣性を利用して、作動流体Ｇを導入部５２からスクロール流路５１へとスムーズに流入させることができる。したがって、中間スクロール５０へ流入する際の作動流体Ｇの圧力損失を抑えることができる。したがって、中間スクロール５０における圧力損失を抑えつつ、ケーシング１０の小径化を図ることができる。

また、外部ケーシング１１が、第一ダイアフラム２１を覆う第一筒状部１１１と、第一ダイアフラム２１よりも径方向Ｄｒの外径が小さい第二ダイアフラム２２を覆う第二筒状部１１２とを備えている。第一筒状部１１１と第二筒状部１１２との間には、接続壁部１１３が形成されている。さらに、スクロール流路５１の第二側流路形成面５１６が、接続壁部１１３において軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１を向く内壁面１１３ｆによって形成されている。つまり、スクロール流路５１の軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２の領域は、ダイアフラム２０ではなく、外部ケーシング１１の一部である接続壁部１１３によって形成されている。そのため、スクロール流路５１を形成するためだけに、ダイアフラム２０を軸線方向Ｄａに大きくする必要が無く、ダイアフラム２０の大きさを低減できる。これにより、ケーシング１０を軸線方向Ｄａに小型化することが可能となる。

また、中間スクロール５０の導入部５２が、リターン流路３５の最大径部３５ｍから軸線方向Ｄａに延びている。リターン流路３５を流れる作動流体Ｇは、遠心力により、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに集まるように流れる。しかしながら、本実施形態では、導入部５２が、リターン流路３５の最大径部３５ｍから軸線方向Ｄａに延びている。その結果、リターン流路３５の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏを流れる作動流体Ｇは、リターン流路３５の最大径部３５ｍから導入部５２に、リターン流路３５を流れてきた勢いに乗ったまま流入する。したがって、導入部５２に流入する際の作動流体Ｇの動圧が抑えられる。さらに、導入部５２の導入部外側流路形成面５２１の少なくとも一部が、ケーシング内周面１０８により形成されている。これにより、導入部５２を画成する径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏの面は、軸線方向Ｄａにまっすぐ延びた状態なる。したがって、導入部５２内を流れる作動流体Ｇの動圧を抑えることができる。したがって、導入部５２における圧力損失を抑え、中間スクロール５０における圧力損失を低減することができる。

また、リターン流路３５の最大径部３５ｍの流路内面３５１の少なくとも一部が、ケーシング内周面１０８により形成されている。つまり、リターン流路３５の最大径部３５ｍの流路内面３５１と、導入部５２の導入部外側流路形成面５２１とが同一の面によって形成される。これにより、リターン流路３５から導入部５２に流入する際の作動流体Ｇの動圧がより抑えられる。したがって、導入部５２における圧力損失を抑え、中間スクロール５０における圧力損失をより低減することができる。

また、スクロール流路５１は、ダイアフラム２０Ｃのダイアフラム外周面２０ｆによって形成された内側流路形成面５１４を有している。したがって、ダイアフラム２０Ｃは、軸線方向Ｄａでスクロール流路５１が形成される位置と重なる領域では、ケーシング内周面１０８と同じ位置まで径方向Ｄｒに広げなくても、スクロール流路５１の内側流路形成面５１４が形成される位置に応じた径方向Ｄｒの外径を有していればよい。したがって、スクロール流路５１が形成される位置のダイアフラム２０Ｃの径方向Ｄｒの大きさを抑えることができる。

（第一実施形態の変形例）
なお、上記第一実施形態において、導入部５２を備えているが、導入部５２は、例えば、以下に示すような構成とすることもできる。

図４に示すように、中間スクロール５０Ｂの導入部５２Ｂは、ダイアフラム２０Ｃに形成された延出部２０５の先端部２０５ｓと、外部ケーシング１１の第一筒状部１１１のケーシング内周面１０８との間に形成されている。本変形例において、延出部２０５の先端部２０５ｓは、上記実施形態における図２の構成に比較し、軸線方向Ｄａにおける長さが短く形成されている。本変形例において、先端部２０５ｓは、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに向かって突出する湾曲面２０５ｗのみによって形成されている。

この場合、導入部５２Ｂにおいて径方向Ｄｒの最も内側に位置する導入部内側流路形成面５２４は、周方向Ｄｃから見た際に、延出部２０５の先端部２０５ｓに形成され湾曲面２０５ｗである。

このような構成においても、湾曲面２０５ｗにより、導入部５２Ｂの導入部内側流路形成面５２４を形成することができる。これにより、リターン流路３５からスクロール流路５１へと導入される作動流体Ｇは、湾曲面２０５ｗに沿ってスムーズに流れるため、導入部５２Ｂの径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉにおける圧力損失を抑えることができる。

（その他の実施形態）
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

なお、上記実施形態では、外部ケーシング１１が、第一筒状部１１１と、第二筒状部１１２と、接続壁部１１３と、を備え、スクロール流路５１の第二側流路形成面５１６を、接続壁部１１３の内壁面１１３ｆによって形成するようにしたが、これに限るものではない。例えば、外部ケーシング１１が、軸線方向Ｄａの全体にわたって一定の外径で形成されている場合、スクロール流路５１の第二側流路形成面５１６は、軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に位置する他のダイアフラムによって形成するようにしてもよい。

＜付記＞
各実施形態に記載の遠心圧縮機１は、例えば以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る遠心圧縮機１は、中心軸Ｏの延びる軸線方向Ｄａに延びる回転軸２と、前記軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１に形成された吸込口１２、前記軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に形成された吐出口１３、及び前記軸線方向Ｄａで前記吸込口１２と前記吐出口１３との間に形成された中間吐出口１４、を有するケーシング１０と、を備え、前記回転軸２は、前記ケーシング１０内で前記軸線方向Ｄａに離れて複数配置され、前記軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１から供給された作動流体Ｇを、前記中心軸Ｏを基準とする径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに圧縮して吐出するインペラ３を有し、前記ケーシング１０は、前記インペラ３を覆うように前記軸線方向Ｄａに延びる筒状に形成された複数のダイアフラム２０と、複数の前記ダイアフラム２０を覆うように前記軸線方向Ｄａに延びる筒状に形成された外部ケーシング１１と、前記インペラ３から吐出されて前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに向けて流れる前記作動流体Ｇの流れ方向を前記径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉへ案内するリターン流路３５と、複数の前記インペラ３のうち、前記軸線方向Ｄａの途中に配置された中間段の前記インペラ３から吐出された前記作動流体Ｇの一部を前記中間吐出口１４に導く中間スクロール５０と、を有し、前記中間スクロール５０は、前記リターン流路３５に対して前記軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に形成されて前記中心軸Ｏ回りの周方向Ｄｃに延び、前記周方向Ｄｃの一部で前記中間吐出口１４に接続されたスクロール流路５１と、前記リターン流路３５と前記スクロール流路５１とを接続し、前記リターン流路３５を流れる前記作動流体Ｇの一部を前記スクロール流路５１に導入する導入部５２と、を有し、前記スクロール流路５１において、前記径方向Ｄｒの最も外側に位置する外側流路形成面５１２が、前記外部ケーシング１１において前記径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉを向いて、前記ダイアフラム２０Ｃにおいて前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏを向くダイアフラム外周面２０ｆと対向するケーシング内周面１０８により形成されている。

これにより、スクロール流路５１の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏの領域は、ダイアフラム２０ではなく、外部ケーシング１１によって形成されている。そのため、スクロール流路５１を形成するためだけに、ダイアフラム２０を径方向Ｄｒに大きくする必要が無く、ダイアフラム２０の大きさを低減できる。さらに、外側流路形成面５１２がダイアフラム外周面２０ｆと対向するケーシング内周面１０８であることで、外側流路形成面５１２は、外部ケーシング１１においてダイアフラム２０に最も近い径方向Ｄｒの最も内側Ｄｒｉに形成されている。したがって、ダイアフラム２０の大きさを低減したうえで、スクロール流路５１を径方向Ｄｒに最大限大きく形成することができる。したがって、中間スクロール５０の性能を確保しつつ、ケーシング１０の小径化を図ることができる。さらに、外部ケーシング１１により、スクロール流路５１の耐圧性能を十分に確保することができる。

また、スクロール流路５１がリターン流路３５Ｃに対して軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に形成されている。そのため、導入部５２は、スクロール流路５１に向かってリターン流路３５Ｃから軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に向けて作動流体Ｇを排出する。このため、リターン流路３５Ｃを流通する作動流体Ｇの流れによる慣性を利用して、作動流体Ｇを導入部５２からスクロール流路５１へとスムーズに流入させることができる。したがって、中間スクロール５０へ流入する際の作動流体Ｇの圧力損失を抑えることができる。したがって、中間スクロール５０における圧力損失を抑えつつ、ケーシング１０の小径化を図ることができる。

（２）第２の態様に係る遠心圧縮機１は、（１）の遠心圧縮機１であって、複数の前記ダイアフラム２０は、前記軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１に配置された第一ダイアフラム２１と、前記第一ダイアフラム２１に対して前記軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に配置され、前記第一ダイアフラム２１よりも前記径方向Ｄｒの外径が小さい第二ダイアフラム２２と、を有し、前記ケーシング１０は、前記第一ダイアフラム２１を覆う第一筒状部１１１と、前記第二ダイアフラム２２を覆い、前記第一筒状部１１１よりも前記径方向Ｄｒの内径が小さい第二筒状部１１２と、前記第一筒状部１１１と前記第二筒状部１１２との間に形成され、前記軸線方向Ｄａに交差する方向に延びて前記第一筒状部１１１と前記第二筒状部１１２とを接続する接続壁部１１３と、を有し、前記スクロール流路５１において前記軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２に位置する第二側流路形成面５１６は、前記接続壁部１１３において前記軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１を向く内壁面１１３ｆにより形成されている。

これにより、スクロール流路５１の軸線方向Ｄａの第二側Ｄａ２の領域は、ダイアフラム２０ではなく、外部ケーシング１１の一部である接続壁部１１３によって形成されている。そのため、スクロール流路５１を形成するためだけに、ダイアフラム２０を軸線方向Ｄａに大きくする必要が無く、ダイアフラム２０の大きさを低減できる。これにより、ケーシング１０を軸線方向Ｄａに小型化することが可能となる。

（３）第３の態様に係る遠心圧縮機１は、（１）又は（２）の遠心圧縮機１であって、前記導入部５２は、前記リターン流路３５において前記径方向Ｄｒの最も外側の最大径部３５ｍから前記軸線方向Ｄａに延び、前記径方向Ｄｒの最も外側に位置する導入部外側流路形成面５２１の少なくとも一部が、前記ケーシング内周面１０８により形成されている。

リターン流路３５を流れる作動流体Ｇは、遠心力により、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに集まるように流れる。しかしながら、導入部５２が、リターン流路３５の最大径部３５ｍから軸線方向Ｄａに延びている。その結果、リターン流路３５の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏを流れる作動流体Ｇは、リターン流路３５の最大径部３５ｍから導入部５２に、リターン流路３５を流れてきた勢いに乗ったまま流入する。したがって、導入部５２に流入する際の作動流体Ｇの動圧が抑えられる。さらに、導入部５２の導入部外側流路形成面５２１の少なくとも一部が、ケーシング内周面１０８により形成されている。これにより、導入部５２を画成する径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏの面は、軸線方向Ｄａにまっすぐ延びた状態なる。したがって、導入部５２内を流れる作動流体Ｇの動圧を抑えることができる。したがって、導入部５２における圧力損失を抑え、中間スクロール５０における圧力損失を低減することができる。

（４）第４の態様に係る遠心圧縮機１は、（３）の遠心圧縮機１であって、前記リターン流路３５の前記最大径部３５ｍの流路内面３５１の少なくとも一部が、前記ケーシング内周面１０８により形成されている。

これにより、リターン流路３５の最大径部３５ｍの流路内面３５１と、導入部５２の導入部外側流路形成面５２１とが同一の面によって形成される。これにより、リターン流路３５から導入部５２に流入する際の作動流体Ｇの動圧がより抑えられる。したがって、導入部５２における圧力損失を抑え、中間スクロール５０における圧力損失をより低減することができる。

（５）第５の態様に係る遠心圧縮機１は、（１）から（４）の何れか一つの遠心圧縮機１であって、前記スクロール流路５１において前記径方向Ｄｒの最も内側に位置する内側流路形成面５１４は、前記ダイアフラム２０Ｃにより形成されている。

これにより、ダイアフラム２０Ｃは、軸線方向Ｄａでスクロール流路５１が形成される位置と重なる領域では、ケーシング内周面１０８と同じ位置まで径方向Ｄｒに広げなくても、スクロール流路５１の内側流路形成面５１４が形成される位置に応じた径方向Ｄｒの外径を有していればよい。したがって、スクロール流路５１が形成される位置のダイアフラム２０Ｃの径方向Ｄｒの大きさを抑えることができる。

（６）第６の態様に係る遠心圧縮機１は、（１）から（５）の何れか一つの遠心圧縮機１であって、前記ダイアフラム２０Ｃは、前記スクロール流路５１に対して前記軸線方向Ｄａの第一側Ｄａ１で、前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに延び、前記軸線方向Ｄａで前記リターン流路３５と前記スクロール流路５１とを仕切る延出部２０５を備え、前記導入部５２Ｂにおいて前記径方向Ｄｒの最も内側に位置する導入部内側流路形成面５２４が、前記周方向Ｄｃから見た際に、前記延出部２０５の前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏの先端部２０５ｓに形成され、前記径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに向かって突出する湾曲面２０５ｗである。

これにより、湾曲面２０５ｗにより、導入部５２Ｂの導入部内側流路形成面５２４を形成することができる。これにより、リターン流路３５からスクロール流路５１へと導入される作動流体Ｇは、湾曲面２０５ｗに沿ってスムーズに流れるため、導入部５２Ｂの径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉにおける圧力損失を抑えることができる。

１…遠心圧縮機
２…回転軸
２Ａ…回転軸本体
３…インペラ
３ａ…ディスク
３ｂ…ブレード
３ｃ…シュラウド
４Ａ、４Ｂ…ジャーナル軸受
５…スラスト軸受
７Ａ…第一ケーシングヘッド
７Ｂ…第二ケーシングヘッド
９Ａ…吸込スクロール
９Ｂ…吐出スクロール
１０…ケーシング
１１…外部ケーシング
１１１…第一筒状部
１１１ｓ…端部
１１２…第二筒状部
１１３…接続壁部
１１３ｆ…内壁面
１２…吸込口
１３…吐出口
１４…中間吐出口
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ…ダイアフラム
２０ｆ…ダイアフラム外周面
２０５…延出部
２０５ｆ…延出壁面
２０５ｓ…先端部
２０５ｗ…湾曲面
２１…第一ダイアフラム
２２…第二ダイアフラム
３０…ケーシング流路
３１…導入流路
３２…曲がり流路
３３…圧縮流路
３４…ディフューザ流路
３５、３５Ｃ…リターン流路
３５１…流路内面
３５ｍ…最大径部
５０、５０Ｂ…中間スクロール
５１…スクロール流路
５２、５２Ｂ…導入部
１０８…ケーシング内周面
５１２…外側流路形成面
５１４…内側流路形成面
５１６…第二側流路形成面
５１８…第一側流路形成面
５２１…導入部外側流路形成面
５２４…導入部内側流路形成面
Ｄａ…軸線方向
Ｄａ１…第一側
Ｄａ２…第二側
Ｄｃ…周方向
Ｄｃ１…一方側
Ｄｒ…径方向
Ｄｒｉ…内側
Ｄｒｏ…外側
Ｇ…作動流体
Ｏ…中心軸
Ｐ１～Ｐ６…圧縮段

Claims (6)

1. 中心軸の延びる軸線方向に延びる回転軸と、
   前記軸線方向の第一側に形成された吸込口、前記軸線方向の第二側に形成された吐出口、及び前記軸線方向で前記吸込口と前記吐出口との間に形成された中間吐出口、を有するケーシングと、を備え、
   前記回転軸は、前記ケーシング内で前記軸線方向に離れて複数配置され、前記軸線方向の第一側から供給された作動流体を、前記中心軸を基準とする径方向の外側に圧縮して吐出するインペラを有し、
   前記ケーシングは、
   前記インペラを覆うように前記軸線方向に延びる筒状に形成された複数のダイアフラムと、
   複数の前記ダイアフラムを覆うように前記軸線方向に延びる筒状に形成された外部ケーシングと、
   前記インペラから吐出されて前記径方向の外側に向けて流れる前記作動流体の流れ方向を前記径方向の内側へ案内するリターン流路と、
   複数の前記インペラのうち、前記軸線方向の途中に配置された中間段の前記インペラから吐出された前記作動流体の一部を前記中間吐出口に導く中間スクロールと、を有し、
   前記中間スクロールは、
   前記リターン流路に対して前記軸線方向の第二側に形成されて前記中心軸回りの周方向に延び、前記周方向の一部で前記中間吐出口に接続されたスクロール流路と、
   前記リターン流路と前記スクロール流路とを接続し、前記リターン流路を流れる前記作動流体の一部を前記スクロール流路に導入する導入部と、を有し、
   前記スクロール流路において、前記径方向の最も外側に位置する外側流路形成面が、前記外部ケーシングにおいて前記径方向の内側を向いて、前記ダイアフラムにおいて前記径方向の外側を向くダイアフラム外周面と対向するケーシング内周面により形成されている遠心圧縮機。
2. 複数の前記ダイアフラムは、
   前記軸線方向の第一側に配置された第一ダイアフラムと、
   前記第一ダイアフラムに対して前記軸線方向の第二側に配置され、前記第一ダイアフラムよりも前記径方向の外径が小さい第二ダイアフラムと、を有し、
   前記ケーシングは、
   前記第一ダイアフラムを覆う第一筒状部と、
   前記第二ダイアフラムを覆い、前記第一筒状部よりも前記径方向の内径が小さい第二筒状部と、
   前記第一筒状部と前記第二筒状部との間に形成され、前記軸線方向に交差する方向に延びて前記第一筒状部と前記第二筒状部とを接続する接続壁部と、を有し、
   前記スクロール流路において前記軸線方向の第二側に位置する第二側流路形成面は、前記接続壁部において前記軸線方向の第一側を向く内壁面により形成されている請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 前記導入部は、前記リターン流路において前記径方向の最も外側の最大径部から前記軸線方向に延び、前記径方向の最も外側に位置する導入部外側流路形成面の少なくとも一部が、前記ケーシング内周面により形成されている請求項１又は２に記載の遠心圧縮機。
4. 前記リターン流路の前記最大径部の流路内面の少なくとも一部が、前記ケーシング内周面により形成されている請求項３に記載の遠心圧縮機。
5. 前記スクロール流路において前記径方向の最も内側に位置する内側流路形成面は、前記ダイアフラムにより形成されている請求項１から４の何れか一項に記載の遠心圧縮機。
6. 前記ダイアフラムは、前記スクロール流路に対して前記軸線方向の第一側で、前記径方向の外側に延び、前記軸線方向で前記リターン流路と前記スクロール流路とを仕切る延出部を備え、
   前記導入部において前記径方向の最も内側に位置する導入部内側流路形成面が、前記周方向から見た際に、前記延出部の前記径方向の外側の先端部に形成され、前記径方向の外側に向かって突出する湾曲面である請求項１から５の何れか一項に記載の遠心圧縮機。

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