JP4853263B2 - 遠心圧縮機 - Google Patents

Description

この発明はインペラ（羽根車）を備えた遠心圧縮機に関する。

気体を圧縮するための圧縮機の一つとして遠心圧縮機が知られている。
従来の遠心圧縮機としては、例えば、特許文献１に開示される遠心圧縮機が存在する。
この種の遠心圧縮機は、ディフューザに連通する流路であって、ディフューザから出力された気体を収集して外部に出力する一対のスクロールと、ディフューザの通路幅を可変設定する通路幅可変手段とを備えている。
通路幅可変手段は、ディフューザを一方のスクロールのみに連通させるようにディフューザの通路幅を幅狭状態に、あるいはディフューザを両方のスクロールに連通するディフューザの通路幅を幅広状態とする手段である。

この遠心圧縮機によれば、ディフューザの通路幅を幅広状態とし、かつ２つのスクロールを利用する動作状態（第１動作モード）と、ディフューザの通路幅を幅狭状態とし、かつ１つのスクロールを利用する動作状態（第２動作モード）とが選択的に設定される。
つまり、ディフューザの通路幅を幅狭状態と幅広状態とに切り替えることによって第１動作モードと第２動作モードとを２者択一的に設定することが可能であり、簡単な構成で実質的に広い流量範囲に亘って高圧縮効率を実現することができるとしている。
特開２００５−１９４９３３号公報

しかしながら、従来の遠心圧縮機では、通路幅可変手段によりディフューザの通路幅を可変設定することが可能であるものの、ディフューザ自体は常に存在する。
このため、特に、遠心圧縮機の流量が極めて少ない場合には、ディフューザにおけるストール発生が避けられないという問題がある。
因みに、ディフューザにストールが発生すると遠心圧縮機は振動を発生するなど安定した運転が困難となる。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、ディフューザにおいてストール発生が避けられない低流量の場合であっても、ディフューザにおけるストールを防止し、広い流量範囲に亘って安定した運転を実現できる遠心圧縮機の提供にある。

上記課題を達成するため、本発明は、ケーシングにより支持される回転軸に固定されたインペラと、前記インペラの周囲に配置されるディフューザと、前記ディフューザの周囲に配置される第１スクロールとを有する遠心圧縮機において、前記ディフューザと前記インペラとの間に配置された第２スクロールと、前記インペラから前記ディフューザを通り前記第１スクロールへ至る第１流路と、前記インペラから前記第２スクロールへ至る第２流路と、前記ディフューザの開閉により前記第１流路と前記第２流路との切り替えを行う流路切替手段と、を有し、前記流路切替手段は、前記ディフューザを挟んで配設された一対のディフューザ壁のうち、少なくとも一方に備えられる可動ディフューザ壁であり、前記可動ディフューザ壁は他方の前記ディフューザ壁に接近離間し、前記可動ディフューザ壁の前記ディフューザ側の壁面は、ディフューザ壁面と、前記第２スクロールの内壁面の一部を形成するスクロール壁形成面とを有することを特徴とする。

本発明によれば、ディフューザを開閉する流路切替手段による流路の切り替えにより、インペラから出る気体がディフューザを通って第１スクロールへ導入される動作状態と、インペラから出る気体がディフューザを通ることなく第２スクロールへ導入される動作状態が設定される。
インペラ下流から第２スクロールへ気体が導入される状態では、気体がディフューザを通ることがないから、例えば、遠心圧縮機の流量が極めて低い場合でも、ディフューザにおけるストールは発生しない。
一方、十分な流量が得られるときはディフューザを通じて気体が第１スクロールへ導入される。
この結果、広い流量範囲に亘って安定した遠心圧縮機の運転を実現することができる。
なお、「ディフューザを閉じる」とは、ディフューザの通路としての完全な物理的遮断のほか、ディフューザが殆ど遮断された状態、つまり、ディフューザにおいて隙間が存在して僅かに気体がディフューザを通る場合であっても実質的にディフューザの機能が果たされない状態を含む。

また、例えば、遠心圧縮機の流量が極めて少ないときには、可動ディフューザ壁を他方のディフューザ壁に接近させることによりディフューザを閉じることができる。
一方、十分な流量が得られるときは可動ディフューザ壁を他方のディフューザ壁から離間させることにより気体の通過を許容するディフューザが確保することができる。
さらに、可動ディフューザ壁が他方のディフューザ壁に接近離間されることにより、ディフューザの通路断面積が流量に応じて変更することができる。

また、可動ディフューザ壁がディフューザを閉じるときには、スクロール壁形成面が第２スクロールの一部を形成する。
可動ディフューザ壁に形成されたスクロール壁形成面は、インペラから第２スクロールへの気体の導入の円滑化に寄与する。
さらに、スクロール壁形成面は、インペラの下流における内圧に基づく荷重を受けることから、この内圧を利用して可動ディフューザ壁の他方のディフューザ壁からの離間を図ることも可能である。

また、本発明では、上記の遠心圧縮機において、前記ディフューザ壁面は、前記インペラの下流側における内圧を受ける受圧面積を拡大させたテーパ状の面に形成されてもよい。

この場合、ディフューザ壁面がテーパ状面を有することにより、インペラの下流側における内圧を受ける可動ディフューザ壁の受圧面積が拡大される。
可動ディフューザ壁の受圧面積の拡大によりインペラの下流側における内圧の変動に対して可動ディフューザ壁の離間の応答性を向上させることができる。

本発明によれば、ディフューザにおいてストール発生が避けられない低流量の場合であっても、ディフューザにおけるストールを防止し、広い流量範囲に亘って安定した運転を実現できる遠心圧縮機を提供することができる。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る遠心圧縮機について、図１〜図６に基づき説明する。
図１は本発明に係る遠心圧縮機の概要を破断して示す側面図である。図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。

この実施形態の遠心圧縮機の概要について説明する。
この実施形態の遠心圧縮機１０は、図１に示すように、第１ケーシング１１と、第２ケーシング１２と、相互に接合された両ケーシング１１、１２内に回転自在に収容されたインペラ１４と、インペラ１４の外周に亘って配置されるディフューザ２０と、ディフューザ２０の外周に配置された第１スクロール２２と、インペラ１４とディフューザ２０との間に形成される第２スクロール３２とを有する。
さらに、遠心圧縮機１０は、インペラ１４からディフューザ２０を通り第１スクロール２２へ至る第１流路と、インペラ１４から第２スクロール３２へ至る第２流路とを有し、ディフューザ２０の開閉により第１流路と第２流路の切り替えを行う流路切替手段を有する。

各部の詳細を説明すると、第１ケーシング１１と第２ケーシング１２との接合によるケーシング内には漏斗状の空間１７が形成されている。
空間１７には回転軸１５に固定されたインペラ１４が収容されている。
回転軸１５は第１ケーシング１１の貫通孔１３に挿通されている。
貫通孔１３に挿通された回転軸１５はシール機能付軸受１６を介して第１ケーシング１１に回転自在に支持されている。
回転軸１５の後端（説明の便宜上、図１の左側を前方とし、右側を後方とする。）は、図示しないモータ等の回転駆動源と接続されている。
空間１７の前方には径一定の流路１８が第２ケーシング１２より形成されており、さらに、流路１８の前方には前方へ向けて拡径する吸入口１９が形成されている。

インペラ１４は放射状に配設された多数枚のブレードを有する羽根車であり、気体を吸入口１９から軸方向に沿って吸入し、半径方向の外側のディフューザ２０に送る機能を有する。
この実施形態では、インペラ１４からディフューザ２０を通り第１スクロール２２へ至る気体流路を第１流路としている。
第１流路は遠心圧縮機１０における流量が所定以上の場合に使用される流路である。

ディフューザ２０は、インペラ１４から流出した気体を減速して昇圧させ、第１スクロール２２へ送る気体流路であり、インペラ１４から送り込まれた気体の速度エネルギを圧力エネルギに変換する機能を有する。
この実施形態のディフューザ２０は、第１ケーシング１１及び第２ケーシング１２による一対のディフューザ壁により形成されている。
一対のディフューザ壁のうち、一方のディフューザ壁は第１ケーシング１１が有する可動ディフューザ壁２７であるが、可動ディフューザ壁２７については後述する。
他方のディフューザ壁は第２ケーシング１２が形成する固定ディフューザ壁２１である。

固定ディフューザ壁２１について説明すると、固定ディフューザ壁２１は回転軸１５の軸心と直角な平面により形成され、第１ケーシング１１側の可動ディフューザ壁２７と相対する。
一方、固定ディフューザ壁２１の周囲には、第２ケーシング１２により形成される第１スクロール２２が備えられている。
第１スクロール２２はディフューザ２０と連通するほか、図示しない吐出口に接続されている。
第２ケーシング１２における固定ディフューザ壁２１とインペラ１４の間には、ほぼ半円状に窪む曲面壁３１が形成されている。
曲面壁３１は第２スクロール３２の一部を形成する壁面である。

一方、第１ケーシング１１の前面には、インペラ１４の後方（図１の右側）に環状の内周空間２３と、内周空間２３よりも外周に位置する外周空間２４が形成されている。
内周空間２３には、環状の回転支持板２５が配置されており、回転支持板２５はシール機能付軸受２６を介して第１ケーシング１１に回転可能に支持されている。
外周空間２４は、回転軸１５の軸心方向に寸法を内周空間２３より大きく設定している。
外周空間２４には、ディフューザ２０を挟んで固定ディフューザ壁２１と対向するように環状の可動ディフューザ壁２７が配置されている。

この実施形態の可動ディフューザ壁２７は、他方のディフューザ壁である固定ディフューザ壁２１に接近隔離することにより第１流路と第２流路の切り替えを行う流路切替手段である。
可動ディフューザ壁２７はその内周面をダイヤフラムで構成した環状の可撓性部材２８を介して回転支持板２５に支持されている。
ダイヤフラムで構成した環状の可撓性部材２８は低流量時における可動ディフューザ壁２７のディフューザ２０側へ突出と、高流量時における外周空間２４への可動ディフューザ壁２７の入り込みを可能とする。

可撓性部材２８は、図３に示すように、中央が貫通したドーナツ状に形成され、半径方向には所定の剛性を有しながら、半径方向と直角の方向（回転軸１５の軸心方向）には変形可能な柔軟性のある材料で形成されている。
可撓性部材２８のその内周縁２８ａを回転支持板２５に形成した環状溝に保持させるとともに、外周縁２８ｂを可動ディフューザ壁２７に形成した別の環状溝に保持させている。
これにより回転支持板２５、可撓性部材２８及び可動ディフューザ壁２７を一体化した構造とする。
従って、可動ディフューザ壁２７は回転支持板２５及び可撓性部材２８とともに周方向に回転可能となり、さらに可撓性部材２８によって回転軸１５の軸心方向に移動変位が可能となる。

可動ディフューザ壁２７は、図２に示すように、その背面に４個の斜面形を有する可動カム３５が固定されている。
可動カム３５は可動ディフューザ壁２７と同心となるように円弧状に形成され、そのカム面は図２で見て時計方向（図６の上方向）に向け低くなる傾斜面で形成されている。
第１ケーシング１１の前面には、円弧状に形成された斜面形の固定カム３６が可動カム３５と対応する位置に４個所配設されている。
固定カム３６のカム面は可動カム３５と逆になるように、図２で見て反時計方向に低くなる傾斜面で形成されている。
また、可動カム３５と固定カム３６とは常時接触する位置に配設されている。
本実施形態では、可動カム３５はディフューザ２０の気体圧力により固定カム３６側に押圧されているが、例えばスプリング等を利用して接触状態を維持するようにしてもよい。

可動ディフューザ壁２７の背面（後面）には、さらに連結ピン３７が突設されている。
連結ピン３７の長さは可動ディフューザ壁２７が回転軸１５の軸心方向に移動する距離よりも長く形成されている。
また連結ピン３７は、第１ケーシング１１に取り付けられたアクチュエータ４０が有するロッド４１と回転可能に連結され、ロッド４１は連結ピン３７の長手方向に対して摺動可能である。
従って、アクチュエータ４０が作動し、ロッド４１がロッド４１の長手方向に変位すると、可動ディフューザ壁２７が所定量回動される。
なお、アクチュエータ４０は、詳しく説明はしないがロッド４１を進退させる駆動源であり遠心圧縮機１０の流量に応じて作動する。
この実施形態では一定以上の流量を認識したときにアクチュエータ４０を作動させるようにしており、流体圧シリンダや電動モータ等を用いることが好ましい。

可動ディフューザ壁２７の前面（ディフューザ２０側の壁面）は、回転軸１５の軸心方向と直角な面に形成されているディフューザ壁面２９と、曲面壁３１に対応するスクロール壁形成面３０を有する。
ディフューザ壁面２９は固定ディフューザ壁２１と相対しており、可動ディフューザ壁２７の移動変位に伴ってディフューザ壁面２９は固定ディフューザ壁２１に接近離間する。
ディフューザ壁面２９が固定ディフューザ壁２１に最も接近するとき両者２９、２１は密着し、ディフューザ２０を閉じる。
ディフューザ壁面２９が固定ディフューザ壁２１に密着した状態では、第２スクロール３２が曲面壁３１とスクロール壁形成面３０により形成され、インペラ１４を通り第２スクロール３２へ至る第２流路が形成される。
第２スクロール３２の出口は第１スクロール２２と合流している。

次に、第１の実施形態に係る遠心圧縮機１０の作用について説明する。
遠心圧縮機１０が停止している状態のアクチュエータ４０は作動していない状態、つまり停止状態にある。
このとき、ロッド４１は図５に示す位置を保ち、可動カム３５は図６のように固定カム３６の斜面の実線位置に位置し、可動ディフューザ壁２７も実線位置にある。
この状態では、図４に示すように、ディフューザ壁面２９が固定ディフューザ壁２１に密着しており、第２流路が形成された状態にある。

次に、遠心圧縮機１０の運転状態のうち、一定以下の流量の場合、アクチュエータ４０は作動しないので第２流路が形成された状態を保つ。
ここでいう一定以下の流量とは、第１流路のディフューザ２０に気体を通したときに、ディフューザ２０におけるストール発生が避けられない程度の流量を含む。
遠心圧縮機１０の運転によりインペラ１４に吸入される気体はインペラ１４から第２スクロール３２へ至る第２流路を通る。
このときディフューザ２０は閉じられているので第１スクロール２２へ気体が導入されることはない。
なお、インペラ１４から出た気体はスクロール壁形成面３０及び曲面壁３１に沿って案内されて旋回流となり、第２スクロール３２内を通って第１スクロール２２へ抜けて最終的に吐出口から吐出される。
この場合、インペラ１４から出た気体はディフューザ２０を経由することがなく、ディフューザ２０におけるストールは発生しない。

次に、遠心圧縮機１０の一定の流量を越える場合について説明する。
ここでいう一定の流量を越える場合とは、第１流路のディフューザ２０に気体を通したときに、ディフューザ２０におけるストール発生のおそれがない程度の流量がある場合を含む。
遠心圧縮機１０により生成される流量が一定の流量を越えると、アクチュエータ４０が作動してロッド４１が変位される。
ロッド４１の変位により連結ピン３７が周方向（図２の左方）へ引かれることになり、可動ディフューザ壁２７は図２のように角度θだけ時計方向に回動される。
可動カム３５は、図６に示すように、可動ディフューザ壁２７の回動に伴い、固定カム３６の斜面を実線位置から仮想線（２点鎖線）位置まで移動し、可動ディフューザ壁２７は実線位置から仮想線位置へ距離ｄだけ移動する。
即ち、可動ディフューザ壁２７は可撓性部材２８の撓みによって固定ディフューザ壁２１から離間し、外周空間２４内に埋没する方向へ平行移動する。

可動ディフューザ壁２７が固定ディフューザ壁２１から離間することにより、図１に示すように、ディフューザ２０が開かれる。
ディフューザ２０が開かれることにより、インペラ１４からディフューザ２０を通って第１スクロール２２へ至る第１流路が形成され、インペラ１４から出た気体はディフューザ２０を通って第１スクロール２２に導入される。
このとき、遠心圧縮機１０における流量が一定以上であることから、ディフューザ２０においてストールが生じることはなく、遠心圧縮機１０は安定した状態で運転される。

このように、この実施形態では、ディフューザ２０を開閉する可動ディフューザ壁２７による流路の切り替えにより、インペラ１４から出る気体がディフューザ２０を通って第１スクロール２２へ導入される動作状態と、インペラ１４から出る気体がディフューザ２０を通ることなく第２スクロール３２へ導入される動作状態が設定される。
具体的には、ディフューザ２０においてストールが発生するおそれのある流量（通常、極めて低流量）のとき、可動ディフューザ壁２７を固定ディフューザ壁２１に当接させ、ディフューザ２０を閉じてしまうから、ディフューザ２０に気体を通すことのない第２流路が用いられる。
逆に、ディフューザ２０においてストールが発生するおそれのない流量のときは、可動ディフューザ壁２７を固定ディフューザ壁２１から離間させ、ディフューザ２０を開き、ディフューザ２０に気体を通す第１流路が用いられる。
従って、極めて低流量であってもディフューザ２０におけるストールは防止され、安定した遠心圧縮機１０の運転が行われ、流量が十分な場合にはディフューザ効果が十分に得られ、効率の良い気体の圧縮作用が実施される。

本願発明の第１の実施形態に係る遠心圧縮機１０は以下の作用効果を奏する。
（１）可動ディフューザ壁２７による第１流路と第２流路との切り替えにより、インペラ１４から出る気体がディフューザ２０を通って第１スクロール２２へ導入される動作状態と、インペラ１４から出る気体がディフューザ２０を通ることなく第２スクロール３２へ導入される動作状態が設定される。このため、インペラ１４下流から第２スクロール３２へ気体が導入される状態では、気体がディフューザ２０を通ることがなく、遠心圧縮機１０の流量が極めて低い場合でも、ディフューザ２０におけるストールは発生せず、一方、十分な流量が得られるときはディフューザ２０を通じて気体が第１スクロール２２へ導入される。この結果、広い流量範囲に亘って安定した遠心圧縮機１０の運転を実現することができる。
（２）可動ディフューザ壁２７が固定ディフューザ壁２１に対して接近離間することにより、ディフューザ２０の通路断面積を流量に応じて変更することができる。これにより、ディフューザ２０に気体を通す場合にはディフューザ効果が十分に得られ、効率の良い気体の圧縮作用を実現することができる。
（３）可動ディフューザ壁２７がディフューザ２０を閉じるときには、曲面壁３１とスクロール壁形成面３０が第２スクロール３２の一部を形成するから、可動ディフューザ壁２７に形成されたスクロール壁形成面３０は、インペラ１４から第２スクロール３２への気体を円滑に導入することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る遠心圧縮機について図７に基づき説明する。
この実施形態に係る遠心圧縮機の構成は、第１の実施形態において説明した遠心圧縮機１０と一部共通する構成を有する。
この実施形態では、共通する構成要素については第１の実施形態の説明を援用するほか符号を共通して用いる。
図７は、第２の実施形態に係る遠心圧縮機の要部断面図である。
遠心圧縮機５０が有する第２ケーシング１２、インペラ１４及び回転軸１５は実質的に第１の実施形態と同一である。

図７に示すように、第１ケーシング５１には、可動ディフューザ壁５７を収容する環状の収容空間５２と、回転軸１５を挿通する貫通孔５３が形成されている。
収容空間５２は機外と連通する連絡通路５４が接続されている。
収容空間５２には可動ディフューザ壁５７が収容されている。
可動ディフューザ壁５７の前面は、第１の実施形態と同様のディフューザ壁面５８とスクロール壁形成面５９を有する。
この実施形態の可動ディフューザ壁５７におけるスクロール壁形成面５９は、第２スクロール３２の壁面の一部を構成するほか、インペラ１４の下流側における内圧を受ける受圧面としても機能する。

可動ディフューザ壁５７の内周縁と第１ケーシング５１との間にはダイヤフラムとしての第１可撓性部材５５が介在されている。
可動ディフューザ壁５７の外周縁と第１ケーシング５１との間には同様のダイヤフラムである第２可撓性部材５６が介在されている。
両可撓性部材５５、５６は、可動ディフューザ壁５７の移動を許容させるための部材として機能するほか、インペラ１４の下流側における内圧を受ける受圧面としても機能する。
ディフューザ２０と収容空間５２は、可動ディフューザ壁５７と両可撓性部材５５、５６により隔絶されている。
なお、収容空間５２は連絡通路５４により機外と連通するから、収容空間５２内の雰囲気は大気圧に設定される。

可動ディフューザ壁５７の後面と第１ケーシング５１の間には付勢部材としての圧縮コイルばね６０が介在されている。
圧縮コイルばね６０はディフューザ２０を閉じる方向への付勢力を可動ディフューザ壁５７に付与する。
圧縮コイルばね６０のたわみ量はディフューザ２０の前後方向の寸法以上とすればよい。
なお、収容空間５２には、圧縮コイルばね６０を保持するための有底孔６１が形成されており、有底孔６１は圧縮コイルばね６０の径方向の位置ずれを規制するようにしている。
有底孔６１及び圧縮コイルばね６０は、収容空間５２の周方向において複数箇所設けることが好ましい。

従って、第２の実施形態の遠心圧縮機５０では、可動ディフューザ壁５７の移動変位はアクチュエータによらず、インペラ１４の下流側における内圧の多寡に応じて決定される。
インペラ１４から出る気体の流量が少ない場合、インペラ１４の下流側における内圧は低い。
この場合、受圧面であるスクロール壁形成面５９に作用する内圧は、可動ディフューザ壁５７に圧縮コイルばね６０の付勢力と逆向きの荷重を付与する。
しかし、その荷重が小さいことから圧縮コイルばね６０の付勢力に抗して可動ディフューザ壁５７を第１ケーシング１１側へ移動させることができない。
その結果、圧縮コイルばね６０はその付勢力により可動ディフューザ壁５７を固定ディフューザ壁２１に当接させた状態を保つ。
この状態ではディフューザ２０が閉じられ、インペラ１４から出た気体は第２流路を通る。

インペラ１４から出る気体の流量が増大するとインペラ１４の下流側における内圧が上昇する。
受圧面であるスクロール壁形成面５９に作用する内圧が所定値を超えると、可動ディフューザ壁５７に作用する荷重が圧縮コイルばね６０の付勢力を凌駕する。
このとき、可動ディフューザ壁５７は圧縮コイルばね６０の付勢力に抗して第１ケーシング５１側へ移動される。
可動ディフューザ壁５７が第１ケーシング５１側へ移動されることにより、ディフューザ２０が開かれて第１流路が形成される。
インペラ１４から出た気体は、ディフューザ２０を通過して第１スクロール２２へ導入される。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態の作用効果（１）〜（３）と同等の作用効果を奏する。
さらに言うと、スクロール壁形成面５９は、インペラ１４の下流における内圧に基づく荷重を受けることから、この内圧を利用して可動ディフューザ壁５７の固定ディフューザ壁２１からの離間を図ることができる。
また、この実施形態では、インペラ１４の下流側における内圧に基づく荷重と圧縮コイルばね６０の付勢力とにより可動ディフューザ壁５７を自律的に移動させることができるから、アクチュエータを用いる場合と比較して、可動ディフューザ壁５７を固定ディフューザ壁２１に対して接近離間させるための動力源を別途設ける必要がなく、遠心圧縮機５０の構造を簡素化することができる。
また、可動ディフューザ壁５７におけるスクロール壁形成面５９は、第２スクロール３２の壁面を一部形成するほか、受圧面として機能させることができるから、可動ディフューザ壁５７において別に受圧面を設ける必要がない。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る遠心圧縮機について図８に基づき説明する。
この実施形態に係る遠心圧縮機の構成は、第１の実施形態において説明した遠心圧縮機１０と一部共通する構成を有するから、共通する構成要素については第１の実施形態の説明を援用するほか符号を共通して用いる。
図８は第３の実施形態に係る遠心圧縮機の要部拡大断面図である。
この実施形態の遠心圧縮機７０に係る可動ディフューザ壁７５は、第２の実施形態と同様に、インペラ１４の下流側における内圧に応じて自律的に移動する部材である。

図８に示すように、第１ケーシング７１には可動ディフューザ壁７５を収容する収容空間７２が形成されている。
可動ディフューザ壁７５は、内周側及び外周側の可撓性部材７３、７４により保持され、図示しない回転軸の軸心方向に移動自在である。
図８において付勢部材は図示しないが、第２の実施形態の圧縮コイルばね６０と同様の付勢部材を用いてもよい。
可動ディフューザ壁７５の第２ケーシング１２側（ディフューザ７８側の壁面）は、ディフューザ壁面７６とスクロール壁形成面７７を有する。
この実施形態のディフューザ壁面７６は、固定ディフューザ壁２１と平行でないテーパ状の面に形成されている。

固定ディフューザ壁２１は半径方向と平行な壁面を有するから、ディフューザ壁面７６が最も固定ディフューザ壁２１に接近した状態では、可動ディフューザ壁７５は第１スクロール２２側の角部が固定ディフューザ壁２１に当接する。
この状態では、ディフューザ壁面７６と固定ディフューザ壁２１との間に空間が存在するものの、ディフューザ７８は気体通路としては遮断された状態にある。
つまり、可動ディフューザ壁７５におけるディフューザ壁面７６は受圧面として機能する。
ディフューザ壁面７６がテーパ状の面に形成されている理由は、ディフューザ壁面７６を受圧面として機能させ、可動ディフューザ壁７５における受圧面積を拡大するためである。
可動ディフューザ壁７５における受圧面積が広いほど内圧に対する可動ディフューザ壁７５の移動応答性が向上する。
ディフューザ壁面７６が最も固定ディフューザ壁２１に接近した状態では、インペラ１４から出る気体は第２流路の第２スクロール３２に導入される。

なお、内圧が高くなって可動ディフューザ壁７５が第１ケーシング５１の収容空間７２へ移動するとき、ディフューザ７８が機能するが、ディフューザ７８はインペラ１４側から第１スクロール２２へ向かうにつれて通路面積が狭くなっている。

この実施形態によれば、可動ディフューザ壁７５におけるディフューザ壁面７６がテーパ状の面に形成されているから、ディフューザ壁面７６は受圧面としても機能し、可動ディフューザ壁７５における受圧面積を拡大することができる。
受圧面積の拡大により受圧面がスクロール壁形成面７７のみの場合と比較して、内圧に対する可動ディフューザ壁７５の移動応答性を向上させることができる。

なお、上記の第１〜第３の実施形態に係る遠心圧縮機は本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。

上記の第１、第２の実施形態では、可動ディフューザ壁のディフューザ壁面を固定ディフューザ壁に密着させる構成としたが、両者を密着させることは必須ではない。
例えば、図９（ａ）に示すように、可動ディフューザ壁５７を固定ディフューザ壁２１との間に微小な間隙ｋを設け、気体が間隙ｋを通過する際の圧損により実質的にディフューザ２０が機能しない場合でもあってよい。
あるいは、図９（ｂ）に示すように、可動ディフューザ壁５７のディフューザ壁面５８と固定ディフューザ壁２１を凹凸状に形成し、両者５８、２１が接近した状態では微小な間隙を保ちラビリンス・シールＬを形成させるようにしてもよい。
図９（ａ）及び図９（ｂ）のように、可動ディフューザ壁５７のディフューザ壁面５８と固定ディフューザ壁２１とを当接させなくても、ディフューザ２０を機能させることなく、実質的にディフューザが閉じていることに等しい。
なお、図９（ａ）及び図９（ｂ）では、説明の便宜上、第１、第２の実施形態で用いた符号を共通して用いている。

第１〜第３の実施形態では、第１ケーシングに可動ディフューザ壁を設けるようにしたが、例えば、第２ケーシングに流路切替手段としての可動ディフューザ壁を設けたり、あるいは、両ケーシングに流路切替手段としての可動ディフューザ壁を設けることを妨げるものではない。
流路切替手段としての可動ディフューザ壁は、遠心圧縮機の構造や条件に応じて適宜の設置することができる。

第１〜第３の実施形態では、第２スクロールの壁面の一部を構成するスクロール壁形成面が可動ディフューザ壁に形成されたが、可動スクロールの形状に応じて可動ディフューザ壁の第１スクロール側に第１スクロールの壁面の一部を形成する別のスクロール壁形成面を形成してもよい。
この場合、別のスクロール壁形成面は第１スクロールへの気体を案内するだけでなく、第１流路の内圧を受ける受圧面として機能させることができる。
このため、第２、第３の実施形態のように、付勢部材を用いて可動ディフューザ壁を移動させる場合には、第１流路が形成されているときに可動ディフューザ壁の移動応答性をさらに高めることができる。

第１の実施形態に係る遠心圧縮機の概要を破断して示す側面図である。 図１のＡ−Ａ線矢視図である。 第１ケーシングと可動ディフューザ壁との関係を示す要部拡大図である。 第２流路を形成する遠心圧縮機の概要を破断して示す側面図である。 図４のＢ−Ｂ線断面図である。 遠心圧縮機における可動カムと固定カムの作用説明図である。 第２の実施形態に係る遠心圧縮機の要部を破断して示す側面図である。 第３の実施形態に係る遠心圧縮機の要部を破断して示す拡大側面図である。 可動ディフューザの別例２例を示す拡大側面図である。

符号の説明

１０、５０、７０ 遠心圧縮機
１１、５１、７１ 第１ケーシング
１２ 第２ケーシング
１４ インペラ
２０ ディフューザ
２２ 第１スクロール
２７、５７、７５ 可動ディフューザ壁
２８ 可撓性部材
２９、５８、７６ ディフューザ壁面
３０、５９、７７ スクロール壁形成面
３１ 曲面壁
３２ 第２スクロール
５２、７２ 収容空間
５５、７３ 第１可撓性部材
５６、７４ 第２可撓性部材
６０ 圧縮コイルばね
ｄ 可動ディフューザ壁の移動距離
θ 可動ディフューザ壁の回動角度
ｋ 間隙
Ｌ ラビリンス・シール

Claims (2)

1. ケーシングにより支持される回転軸に固定されたインペラと、前記インペラの周囲に配置されるディフューザと、前記ディフューザの周囲に配置される第１スクロールとを有する遠心圧縮機において、
   前記ディフューザと前記インペラとの間に配置された第２スクロールと、
   前記インペラから前記ディフューザを通り前記第１スクロールへ至る第１流路と、
   前記インペラから前記第２スクロールへ至る第２流路と、
   前記ディフューザの開閉により前記第１流路と前記第２流路との切り替えを行う流路切替手段と、を有し、
   前記流路切替手段は、前記ディフューザを挟んで配設された一対のディフューザ壁のうち、少なくとも一方に備えられる可動ディフューザ壁であり、
   前記可動ディフューザ壁は他方の前記ディフューザ壁に接近離間し、
   前記可動ディフューザ壁の前記ディフューザ側の壁面は、ディフューザ壁面と、前記第２スクロールの内壁面の一部を形成するスクロール壁形成面とを有することを特徴とする遠心圧縮機。
2. 前記ディフューザ壁面は、前記インペラの下流側における内圧を受ける受圧面積を拡大させたテーパ状の面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。

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