JP6053993B1 - スクロールケーシング及び遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

遠心圧縮機のスクロール流路を形成するスクロールケーシングであって、スクロール流路の断面において、遠心圧縮機の径方向におけるスクロール流路の外側端をＥｏ、遠心圧縮機の軸方向におけるスクロール流路の前側端をＥｆ、径方向におけるスクロール流路の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点をＭｗとすると、軸方向におけるスクロール流路の流路高さＨは、径方向における外側端Ｅｏの位置から前側端Ｅｆの位置にかけて徐々に増大し、スクロール流路は、巻始めと巻終わりの接続位置より巻始め側の少なくとも一部の区間において、前側端Ｅｆが中間点Ｍｗよりも径方向における内側に位置する再循環流抑制断面を有する。

Description

本開示は、スクロールケーシング及び遠心圧縮機に関する。

車両用又は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、インペラの回転によって流体に運動エネルギーを与えて径方向外側に流体を吐出し、遠心力を利用して圧力上昇を得るものである。

かかる遠心圧縮機には、広い運転範囲において高圧力比と高効率化が求められており、種々の工夫が施されている。

従来技術として、例えば、特許文献１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高さが、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た遠心圧縮機が開示されている。

特許第４４９２０４５号公報

図２４は、比較形態に係る遠心圧縮機の軸方向視におけるスクロール流路００４の概略図である。図２５は、図２４に示す遠心圧縮機のスクロール流路について、巻始め００４ａと巻終わり００４ｂの接続位置（所謂、舌部位置）Ｐから下流方向（巻始め側）に所定角度Δθ毎に流路断面形状を重ねて示す図である。遠心圧縮機におけるスクロール流路の断面形状は、一般的には、図２５に示すようにスクロール流路の全周に亘って円形に形成されている。

遠心圧縮機の小流量作動点では、スクロール流路内の流れは、スクロール流路の巻始めから巻き終わりにかけて減速流れとなり、巻き始めにおける圧力は巻き終わりにおける圧力よりも低くなる。このため、スクロール流路では、舌部位置Ｐにおいて巻き終わりから巻き始めへの再循環流ｆｃが発生する（図２４参照）。このような再循環流は、主流が流路接続部に急激に引き込まれる結果として剥離が発生するため、高損失を生じる主要因の一つとなる。

また、本発明者の知見によれば、図２６及び図２７Ａ〜図２７Ｃに示すように、ディフューザ出口８ａからの流れｆｄは、スクロール流路００４の流路壁に沿って旋回流を形成するため、比較形態に係る円形断面形状で形成されたスクロール流路における巻始め００４ａでは、スクロール流路の流路断面のうち外周側の領域Ｄｏにディフューザ出口からの流れが偏ってしまう（図２６及び図２７Ａ〜図２７Ｃに示す例では、舌部位置Ｐをθ＝０度とし、舌部位置に対して下流側への角度位置をθとすると、θ＝０度の角度位置及びθ＝１５度の角度位置では、領域Ｄｏにディフューザ出口からの流れが偏ってしまう）。したがって、スクロール流路における巻始めでは、図２８に示すように、ディフューザ出口からの流れが充満していない内周側の領域Ｄｉに再循環流ｆｃが流入しやすくなっており、このことが、再循環流の流量を増加させて再循環流に伴う損失を増加させる要因となっている。

特許文献１には、スクロール流路の断面形状を円形でない特異な形状としてスクロール流路内における旋回流れの特性を改善する技術が示されているが、舌部近傍における再循環流れを抑制するための知見は開示されていない。

本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであって、再循環流に伴う損失の低減によって圧縮機性能を向上可能なスクロールケーシング、及びこれを備える遠心圧縮機を提供することである。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るスクロールケーシングは、遠心圧縮機のスクロール流路を形成するスクロールケーシングであって、前記スクロール流路の断面において、前記遠心圧縮機の径方向における前記スクロール流路の外側端をＥｏ、前記遠心圧縮機の軸方向における前記スクロール流路の前側端をＥｆ、前記径方向における前記スクロール流路の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点をＭｗとすると、前記軸方向における前記スクロール流路の流路高さＨは、前記径方向における前記外側端Ｅｏの位置から前記前側端Ｅｆの位置にかけて徐々に増大し、前記スクロール流路は、巻始めと巻終わりの接続位置より巻始め側の少なくとも一部の区間において、前記前側端Ｅｆが前記中間点Ｍｗよりも前記径方向における内側に位置する再循環流抑制断面を有する。

上記（１）に記載のスクロールケーシングによれば、スクロール流路における巻始めと巻終わりの接続位置より巻始め側の少なくとも一部の区間において、前側端Ｅｆが中間点Ｍｗよりも径方向における内側に位置する再循環流抑制断面を有しているため、比較形態（スクロール流路の周方向全域に亘って、前側端Ｅｆが中間点Ｍｗと一致するような円形断面を有する構成）と比較して、外側端Ｅｏと前側端Ｅｆとを接続する流路壁部をフラットに近づけることが可能となる。

このため、上記比較形態と比較して、ディフューザ出口から排出された流体をスクロール流路における内周側（径方向内側）の領域に導き易くすることができ、スクロール流路の巻始めにおける外周側の領域への流れの偏りを効果的に抑制することができる。

したがって、上記比較形態と比較して、スクロール流路における径方向内側の領域へ再循環流が入り込み難くなるため、再循環流の発生を抑制し、再循環流に伴う損失の発生を抑制することができる。これにより、遠心圧縮機の性能（効率）を向上することができる。また、再循環流の発生が抑制されることで、必要なスクロール流路の流路断面積を減少することができ、スクロールケーシングを小型化することができる。

なお、エネルギーの低い再循環流は、スクロール流路の断面内の中心部に集積する傾向にあり、圧縮機の低風量側の作動限界を制限するサージ発生に関して、低エネルギー流体の集積したスクロール断面内中心部から逆流が発生することが知られている。この点、スクロール流路において上記接続位置（舌部位置）より巻き始め側の少なくとも一部の区間に上記再循環流抑制断面を適用することにより、再循環流の発生が抑制されるため、スクロール流路の断面内におけるエネルギー分布が均一化され、サージ特性改善（ワイドレンジ化）にも寄与することができる。

（２）本発明の少なくとも一実施形態に係るスクロールケーシングは、遠心圧縮機のスクロール流路を形成するスクロールケーシングであって、前記スクロール流路の断面において、前記遠心圧縮機の径方向における前記スクロール流路の外側端をＥｏ、前記遠心圧縮機の軸方向における前記スクロール流路の前側端をＥｆ、前記軸方向における前記スクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点をＭｈとすると、前記径方向における前記スクロール流路の流路幅Ｗは、前記軸方向における前記前側端Ｅｆの位置から前記外側端Ｅｏの位置にかけて徐々に増大し、前記スクロール流路は、巻始めと巻終わりの接続位置より巻始め側の少なくとも一部の区間において、前記外側端Ｅｏが前記中間点Ｍｈよりも前記軸方向における後側に位置する再循環流抑制断面を有する。

上記（２）に記載のスクロールケーシングによれば、スクロール流路における巻始めと巻終わりの接続位置より巻始め側の少なくとも一部の区間において、外側端Ｅｏが中間点Ｍｈよりも軸方向における後側に位置する再循環流抑制断面を有しているため、比較形態（スクロール流路の周方向全域に亘って、前側端Ｅｆが中間点Ｍｗと一致するような円形断面を有する構成）と比較して、外側端Ｅｏと前側端Ｅｆとを接続する流路壁部をフラットに近づけることが可能となる。

このため、上記比較形態と比較して、ディフューザ出口から排出された流体をスクロール流路４における内周側（径方向内側）の領域Ｄｉに導き易くすることができ、スクロール流路の巻始めにおける外周側の領域への流れの偏りを効果的に抑制することができる。

したがって、上記比較形態と比較して、スクロール流路における径方向内側の領域へ再循環流が入り込み難くなるため、上記（１）に記載の構成と同様に、再循環流の発生を抑制し、再循環流に伴う損失の発生を抑制することができる。また、再循環流の発生が抑制されることで、必要なスクロール流路の流路断面積を減少することができ、スクロールケーシングを小型化することができる。また、上述のスクロールケーシングを小型化する効果及びサージ特性改善（ワイドレンジ化）の効果も得ることができる。ただし、上記（１）に記載の構成の方が、上記（２）に記載の構成よりも、ディフューザ出口からスクロール流路に排出された流体がスムーズに径方向内側の領域に導かれるような構成としやすいため、圧力損失を低減しやすいというメリットがある。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のスクロールケーシングにおいて、前記径方向における前記スクロール流路の流路幅Ｗは、前記軸方向における前記前側端Ｅｆの位置から前記外側端Ｅｏの位置にかけて徐々に増大し、前記スクロール流路の断面において、前記軸方向における前記スクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点をＭｈとすると、前記再循環流抑制断面において、前記外側端Ｅｏは前記中間点Ｍｈよりも前記軸方向における後側に位置する。

上記（３）に記載のスクロールケーシングによれば、上記（１）に記載の要件及び上記（２）に記載の要件の両方を具備しているため、外側端Ｅｏと前側端Ｅｆとを接続する流路壁部をよりフラットに近づけ易く、ディフューザ出口から排出された流体をスクロール流路における径方向内側の領域に導き易くする効果が大きい。

このため、スクロール流路における径方向内側寄りの領域へ再循環流の入り込みがより難くなるため、再循環流の発生及びそれに伴う損失の発生を抑制する効果を高めることができる。また、再循環流を抑制する効果が高い分、上述のスクロールケーシングを小型化する効果及びサージ特性改善（ワイドレンジ化）の効果も高めることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（３）に記載のスクロールケーシングにおいて、前記スクロール流路における前記再循環流抑制断面が設けられた区間の少なくとも一部において、前記前側端Ｅｆと前記中間点Ｍｗとの前記径方向における距離Δｒと前記最大流路幅ＷｍａｘがΔｒ≧０．１×Ｗｍａｘを満たす。

上記（４）に記載のスクロールケーシングによれば、ディフューザ出口から排出された流体をスクロール流路における径方向内側の領域に導き易くする効果を高めて、再循環流の発生を効果的に抑制することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）に記載のスクロールケーシングにおいて、前記スクロール流路における前記再循環流抑制断面が設けられた区間の少なくとも一部において、前記外側端Ｅｏと前記中間点Ｍｈとの前記軸方向における距離Δｚと前記最大流路高さＨｍａｘがΔｚ≧０．１×Ｈｍａｘを満たす。

上記（５）に記載のスクロールケーシングによれば、ディフューザ出口から排出された流体をスクロール流路における径方向内側寄りの領域に導き易くする効果を高めて、再循環流の発生を効果的に抑制することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れか１項に記載のスクロールケーシングにおいて、前記スクロール流路のスクロール中心周りの角度位置について、前記接続位置を０度とし、前記接続位置に対する前記巻始め側への角度位置をθとすると、
前記再循環流抑制断面は、前記スクロール流路におけるθ＝０度からθ＝１２０度までの区間の少なくとも一部に設けられる。

上記（６）に記載のスクロールケーシングによれば、スクロール流路における上記接続位置より巻始め側且つ接続位置に近い区間に再循環流抑制断面を適用することにより、スクロール流路の巻始めにおける外周側の領域への流れの偏りを効果的に抑制することができる。これにより、再循環流の発生を効果的に抑制することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れか１項に記載のスクロールケーシングにおいて、前記スクロール流路のスクロール中心周りの角度位置について、前記接続位置を０度とし、前記接続位置に対する前記巻始め側への角度位置をθとすると、前記再循環流抑制断面は、前記スクロール流路におけるθ＝０度から第１の角度位置θ１まで設けられる。

上記（７）に記載のスクロールケーシングによれば、スクロール流路における上記接続位置を起点とする巻始め側の区間に再循環流抑制断面を適用することにより、スクロール流路の巻始めにおける外周側の領域への流れの偏りを効果的に抑制することができる。これにより、再循環流の発生を効果的に抑制することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）に記載のスクロールケーシングにおいて、前記第１の角度位置θ１は、１０度以上の角度位置である。

本発明者の知見によれば、スクロール流路における上記接続位置近傍（巻始め側）でディフューザ出口から排出された流体がスクロール流路の断面中心の周りを少なくとも約１周旋回するまでの区間に再循環流抑制断面を適用することで、スクロール流路の巻始めにおける外周側の領域への流れの偏りをより効果的に抑制することができる。ここで、ディフューザ出口から排出された流体が約１周旋回するまでの距離は運転条件によって変化するが、上記（８）に記載のように、第１の角度位置θ１を、１０度以上（より好ましくは３０度以上）の角度位置とすることにより、スクロール流路の巻始めにおける外周側の領域への流れの偏りをより効果的に抑制することができ、再循環流の発生をより効果的に抑制することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れか１項に記載のスクロールケーシングにおいて、前記スクロール流路は、前記再循環流抑制断面を有する区間の下流側において、円形断面形状を有する区間を有する。

上記（９）に記載のスクロールケーシングによれば、スクロール流路の全区間が円形断面形状を有している比較形態と比較して、ディフューザ出口からの流れが入り込み難かった上述の領域（スクロール流路の巻始めにおける内周側の領域）に該流れを早期に導くとともに、上記接続位置からある程度下流側（巻始め側）に離れた区間では円形断面形状によって円滑な旋回流を形成することができるため、再循環流量を低減するとともにスクロール流路内における流動損失を低減することができる。これにより、小流量側、大流量側、低回転側及び高回転側の全作動範囲において、圧力損失係数を低減することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れか１項に記載のスクロールケーシングにおいて、前記再循環流抑制断面は、前記スクロール流路の周方向全域に亘って設けられる。

上記（１０）に記載のスクロールケーシングによっても、スクロール流路の巻始めにおける外周側の領域への流れの偏りを効果的に抑制することができるため、再循環流の発生を抑制し、再循環流に伴う損失の発生を抑制することができる。また、再循環流の発生が抑制されることで、必要なスクロール流路の流路断面積を減少することができ、スクロールケーシングを小型化することができる。また、サージ特性改善（ワイドレンジ化）にも同様に寄与することができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れか１項に記載のスクロールケーシングにおいて、前記スクロール流路の断面において、前記径方向における前記スクロール流路の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点Ｍｗを通り前記軸方向に平行な直線をＬｚ、前記軸方向における前記スクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点Ｍｈを通り前記径方向に平行な直線をＬｒとし、前記再循環流抑制断面を前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとによって四つの領域に区分した場合、前記四つの領域のうち、前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとの交点Ｃよりも前記径方向における外側且つ前記軸方向における後側に位置する領域の面積をＡ１、前記交点よりも前記径方向における前記外側且つ前記軸方向における前側に位置する領域の面積をＡ２、前記交点よりも前記径方向における内側且つ前記軸方向における前側に位置する領域の面積をＡ３とすると、前記スクロール流路のうち前記再循環流抑制断面を有する区間の少なくとも一部において、面積Ａ１、面積Ａ２及び面積Ａ３は、Ａ１＞Ａ２及びＡ３＞Ａ２を満たす。

上記（１１）に記載のスクロールケーシングによれば、比較形態（Ａ１＝Ａ２＝Ａ３を満たすような円形断面形状を有する構成）と比較して、外側端Ｅｏと前側端Ｅｆとを接続する流路壁部をフラットに近づけることが可能となり、ディフューザ出口から排出された流体をスクロール流路における径方向内側の領域に導き易くすることができる。このため、上記比較形態と比較して、スクロール流路における径方向内側の領域へ再循環流が入り込み難くなる。したがって、再循環流の発生を抑制し、再循環流に伴う損失の発生を抑制することができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れか１項に記載のスクロールケーシングにおいて、前記スクロール流路の断面において、前記遠心圧縮機の径方向における前記スクロール流路の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点Ｍｗを通り前記遠心圧縮機の軸方向に平行な直線をＬｚ、前記軸方向における前記スクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点Ｍｈを通り前記径方向に平行な直線をＬｒとし、前記再循環流抑制断面を前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとによって四つの領域に区分した場合、前記四つの領域のうち、前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとの交点Ｃよりも前記径方向における外側且つ前記軸方向における後側に位置する領域の流路壁は、第１の曲率半径Ｒ１を有する円弧部を含み、前記四つの領域のうち、前記交点Ｃよりも前記径方向における外側且つ前記軸方向における前側に位置する領域の流路壁は、前記第１の曲率半径Ｒ１よりも大きい第２の曲率半径Ｒ２を有する円弧部を含み、前記四つの領域のうち、前記交点Ｃよりも前記径方向における内側且つ前記軸方向における前側に位置する領域の流路壁は、前記第２の曲率半径Ｒ２よりも小さい第３の曲率半径Ｒ３を有する円弧部を含む。

上記（１２）に記載のスクロールケーシングによれば、比較形態（Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３を満たすような円形断面形状を有する構成）と比較して、領域Ｄ２に属する流路壁部の円弧部が領域Ｄ１に属する円弧部ａ１及び領域Ｄ３に属する円弧部よりもフラットに近いため、ディフューザ出口から排出された流体をスクロール流路における径方向内側の領域に導き易くすることができる。したがって、上記比較形態と比較して、スクロール流路における径方向内側の領域へ再循環流が入り込み難くなるため、再循環流の発生を抑制し、再循環流に伴う損失の発生を抑制することができる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１２）の何れか１項に記載のスクロールケーシングにおいて、前記再循環流抑制断面の図心と前記スクロール流路のスクロール中心との距離をＲとすると、前記スクロール流路は、巻始めと巻終わりの接続位置より巻始め側の少なくとも一部の区間において、下流側から前記接続位置に近づくにつれて前記距離Ｒが小さくなる図心位置シフト区間を含み、前記再循環流抑制断面が設けられた区間と前記図心位置シフト区間とは、少なくとも一部が重複する。

上記（１３）に記載のスクロールケーシングによれば、スクロール流路の図心位置シフト区間において、下流側から上記接続位置に近づくにつれて断面の図心と遠心圧縮機の軸線との距離が小さくなるため、ディフューザ出口から排出された流体をスクロール流路における径方向内側の領域に導き易くする上述の効果（再循環流抑制断面の適用による効果）を高めることができる。これにより、スクロール流路の巻始めにおける外周側の領域への流れの偏りを効果的に抑制することができる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１３）に記載のスクロールケーシングにおいて、前記スクロール流路のスクロール中心周りの角度位置について、前記接続位置を０度とし、前記接続位置に対する前記巻始め側への角度位置をθとすると、前記図心位置シフト区間は、前記スクロール流路におけるθ＝０度からθ＝１２０度までの区間の少なくとも一部に設けられる。

上記（１４）に記載のスクロールケーシングによれば、スクロール流路における上記接続位置より巻始め側且つ接続位置に近い区間に図心位置シフト区間を設けることにより、スクロール流路の巻始めにおける外周側の領域への流れの偏りを効果的に抑制することができる。これにより、再循環流の発生を効果的に抑制することができる。

（１５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１４）の何れか１項に記載のスクロールケーシングにおいて、前記図心位置シフト区間は、前記スクロール流路におけるθ＝０度から第２の角度位置θ２まで設けられる。

上記（１５）に記載のスクロールケーシングによれば、スクロール流路における接続位置Ｐを起点とする巻始め側の区間に再循環流抑制断面を適用することにより、スクロール流路の巻始めにおける外周側の領域への流れの偏りを効果的に抑制することができる。これにより、再循環流の発生を効果的に抑制することができる。

（１６）幾つかの実施形態では、上記（１５）に記載のスクロールケーシングにおいて、前記第２の角度位置θ２は、１０度以上の角度位置である。

本発明者の知見によれば、スクロール流路における上記接続位置近傍（巻始め側）でディフューザ出口から排出された流体がスクロール流路の断面中心の周りを少なくとも約１周旋回するまでの区間をある程度カバーするように図心位置シフト区間を適用することで、スクロール流路の巻始めにおける外周側の領域への流れの偏りをより効果的に抑制することができる。ここで、ディフューザ出口から排出された流体が約１周旋回するまでの距離は運転条件によって変化するが、第２の角度位置θ２を、１０度以上（より好ましくは３０度以上）の角度位置とすることにより、スクロール流路の巻始めにおける外周側の領域への流れの偏りをより効果的に抑制することができ、再循環流の発生をより効果的に抑制することができる。

（１７）幾つかの実施形態では、上記（１３）乃至（１６）の何れか１項に記載のスクロールケーシングにおいて、前記再循環流抑制断面の流路面積をＡとすると、前記図心位置シフト区間において、前記流路断面積Ａを前記距離Ｒで除した値Ａ／Ｒは、前記スクロール流路の巻き始めから巻き終わりにかけてほぼ一定の傾きで増加する。

上記（１７）に記載のスクロールケーシングによれば、図心位置シフト区間において、値Ａ／Ｒがスクロール流路の巻き始めから巻き終わりにかけてほぼ一定の傾きで増加するため、該角度位置θによらず流速を一定に維持しながら、ディフューザ出口から排出された流体をスクロール流路における径方向内側の領域に導き易くする上述の効果を高めることができる。したがって、角度位置θによらず流速を一定に維持しながら、再循環流の発生を効果的に抑制することができる。
（１８）本発明の少なくとも一実施形態に係る遠心圧縮機は、インペラと、前記インペラの周囲に配置され前記インペラを通過した流体が流入するスクロール流路を形成するスクロールケーシングと、を備え、前記スクロールケーシングが上記（１）乃至（１７）の何れか１項に記載のスクロールケーシングである。

上記（１８）に記載の遠心圧縮機によれば、スクロールケーシングが上記（１）乃至（１７）の何れか１項に記載のスクロールケーシングであるため、スクロール流路における再循環流の発生を抑制し、再循環流に伴う損失の発生を抑制することができる。これにより、遠心圧縮機の性能（効率）を向上することができる。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、再循環流に伴う損失の低減によって圧縮機性能を向上可能なスクロールケーシング、及びこれを備える遠心圧縮機が提供される。

一実施形態に係る遠心圧縮機１００の軸方向に沿った概略断面図である。 一実施形態に係る遠心圧縮機１００の軸方向視におけるスクロール流路４の概略図である。 一実施形態に係る再循環流抑制断面１０Ａの形状を説明するための概略断面図である。 一実施形態に係る再循環流抑制断面１０Ａの形状を説明するための概略断面図である。 ディフューザ出口８ａから排出された流体ｆｄの流れを説明するための図である。 比較形態における、ディフューザ出口８ａから排出された流体ｆｄの流れと再循環流ｆｃとの関係を説明するための図である。 一実施形態における、ディフューザ出口８ａから排出された流体ｆｄの流れと再循環流ｆｃとの関係を説明するための図である。 一実施形態に係る再循環流抑制断面１０Ｂの形状を説明するための概略断面図である。 一実施形態に係る再循環流抑制断面１０Ｂの形状を説明するための概略断面図である。 ディフューザ出口８ａから排出された流体ｆｄの流れを説明するための図である。 一実施形態に係る再循環流抑制断面１０Ｃの形状を説明するための概略断面図である。 一実施形態に係る再循環流抑制断面１０Ｃの形状を説明するための概略断面図である。 ディフューザ出口８ａから排出された流体ｆｄの流れを説明するための図である。 一実施形態に係るスクロール流路４の断面形状と比較形態に係るスクロール流路の断面形状の比較を示す図である。 低回転側及び高回転側における、再循環流の流量と圧力損失係数の関係について、一実施形態と比較形態との比較を示す図である。 一実施形態に係る遠心圧縮機１００の軸方向視におけるスクロール流路４の概略図である。 図心位置シフト区間ｕにおけるスクロール流路４の断面形状の変化を示す図である。 角度位置θと、スクロール流路４の断面の図心Ｉと遠心圧縮機１００の回転軸線Ｏとの距離Ｒとの関係を示す図である。 区間ｓと区間ｕとの関係の一例を示す図である。 区間ｓと区間ｕとの関係の一例を示す図である。 区間ｓと区間ｕとの関係の一例を示す図である。 スクロール流路４の流路断面積Ａと距離Ｒとを示す概略断面図である。 角度位置θとＡ／Ｒとの関係を示す図である。 一実施形態に係る遠心圧縮機１００の軸方向視におけるスクロール流路４の概略図である。 比較形態に係る遠心圧縮機の軸方向視におけるスクロール流路００４の概略図である。 比較形態に係る遠心圧縮機のスクロール流路００４について、巻始め００４ａと巻終わり００４ｂの接続位置（舌部位置）Ｐから下流方向（巻始め側）に所定角度Δθ毎に流路断面形状を重ねて示す図である。 ディフューザ出口からの流れｆｄが、スクロール流路００４の流路壁に沿って旋回流を形成する様子を示す、ディユーザ出口流れｆｄの流線図である。 図２６に示すθ＝０°（舌部位置）の角度位置でのスクロール流路００４の流路断面について、ディフューザ出口流れｆｄの質量流量分布を示す図である。 図２６に示すθ＝１５°の角度位置でのスクロール流路００４の流路断面について、ディフューザ出口流れｆｄの質量流量分布を示す図である。 図２６に示すθ＝３０°の角度位置でのスクロール流路００４の流路断面について、ディフューザ出口流れｆｄの質量流量分布を示す図である。 スクロール流路００４におけるディフューザ出口流れｆｄと再循環流ｆｃの関係を説明するための流線図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態に係る遠心圧縮機１００の軸方向に沿った概略断面図である。

本明細書では、特記しない限り、「軸方向」とは、遠心圧縮機１００の軸方向、すなわちインペラ２の軸方向を意味し、軸方向における「前側」とは、軸方向のうち遠心圧縮機１００の吸入方向における上流側を意味し、軸方向における「後側」とは、軸方向のうち遠心圧縮機１００の吸入方向における下流側を意味することとする。また、特記しない限り、「径方向」とは、遠心圧縮機１００の径方向、すなわちインペラ２の径方向を意味することとする。遠心圧縮機１００は、例えば、自動車用又は舶用のターボチャージャや、その他産業用遠心圧縮機、送風機等に適用可能である。

図１に示すように、遠心圧縮機１００は、インペラ２と、インペラ２の周囲に配置されインペラ２及びディフューザ流路８を通過した流体が流入するスクロール流路４を形成するスクロールケーシング６とを備えている。

図２は、一実施形態に係る遠心圧縮機１００の軸方向視におけるスクロール流路４の概略図である。

一実施形態では、スクロール流路４は、巻始め４ａと巻終わり４ｂの接続位置（舌部位置）Ｐより巻始め４ａ側の少なくとも一部の区間ｓにおいて、以下で説明する再循環流抑制断面１０Ａを有していてもよい。なお、ここでの「接続位置Ｐより巻始め４ａ側」とは、接続位置Ｐよりも再循環流の流れ方向（図２４の矢印ｆｃ参照）における下流側を意味する。

図３及び図４は、一実施形態に係る再循環流抑制断面１０Ａの形状を説明するための概略断面図である。

図３に示すように、スクロール流路４の断面において、径方向におけるスクロール流路４の外側端をＥｏ、軸方向におけるスクロール流路４の前側端をＥｆ、径方向におけるスクロール流路４の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点をＭｗとすると、軸方向におけるスクロール流路４の流路高さＨは、径方向における外側端Ｅｏの位置から前側端Ｅｆの位置にかけて徐々に増大する。また、再循環流抑制断面１０Ａにおいて、前側端Ｅｆは中間点Ｍｗよりも径方向における内側に位置している。

かかる構成によれば、スクロール流路４における巻始め４ａと巻終わり４ｂの接続位置Ｐより巻始め側の少なくとも一部の区間ｓにおいて、前側端Ｅｆが中間点Ｍｗよりも径方向における内側に位置する再循環流抑制断面１０Ａを有しているため、図５に示すように、比較形態（スクロール流路の周方向全域に亘って、前側端Ｅｆが中間点Ｍｗと一致するような円形断面０１０を有する構成）と比較して、外側端Ｅｏと前側端Ｅｆとを接続する流路壁部ｗ０をフラットに近づけることが可能となる。

このため、図５、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、上記比較形態と比較して、ディフューザ出口８ａから排出された流れｆｄ（図５では、実線の矢印ｆｄが再循環流抑制断面１０Ａにおけるディフューザ出口８ａから排出された流れを示しており、破線の矢印ｆｄが比較形態の円形断面０１０におけるディフューザ出口８ａから排出された流れを示している。）をスクロール流路４における内周側（径方向内側）の領域Ｄｉに導き易くすることができる。これにより、図２６及び図２７Ａ〜図２７Ｃを用いて説明した技術的課題、すなわちスクロール流路４の巻始め４ａにおける外周側の領域へのディフューザ出口流れｆｄの偏りを効果的に抑制することができる。

したがって、上記比較形態と比較して、スクロール流路４における内周側の領域Ｄｉへ再循環流ｆｃが入り込み難くなるため、再循環流ｆｃの発生を抑制し、再循環流ｆｃに伴う損失の発生を抑制することができる。また、再循環流ｆｃの発生が抑制されることで、必要なスクロール流路４の流路断面積を減少することができ、スクロールケーシング６を小型化することができる。

なお、エネルギーの低い再循環流は、スクロール流路４の断面内の中心部に集積する傾向にあり、圧縮機の低風量側の作動限界を制限するサージ発生に関して、低エネルギー流体の集積したスクロール断面内中心部から逆流が発生することが知られている。この点、スクロール流路４において接続位置Ｐより巻き始め側の少なくとも一部の区間ｓに上記再循環流抑制断面１０Ａを適用することにより、再循環流の発生が抑制されるため、スクロール流路４の断面内におけるエネルギー分布が均一化され、サージ特性改善（ワイドレンジ化）にも寄与することができる。

一実施形態では、図３に示す再循環流抑制断面１０Ａが設けられた区間ｓ（図２参照）の少なくとも一部において、前側端Ｅｆと中間点Ｍｗとの径方向における距離Δｒと最大流路幅ＷｍａｘがΔｒ≧０．１×Ｗｍａｘを満たしていてもよい。

これにより、ディフューザ出口８ａから排出された流体をスクロール流路４における内周側の領域Ｄｉに導き易くする効果を高めて、再循環流の発生を効果的に抑制することができる。

他の実施形態では、図２に示すスクロール流路４は、接続位置Ｐより巻始め側の少なくとも一部の区間ｓにおいて、上述した再循環流抑制断面１０Ａに代えて以下に説明する再循環流抑制断面１０Ｂを有していてもよい。

図７及び図８は、一実施形態に係る再循環流抑制断面１０Ｂの形状を説明するための概略断面図である。

一実施形態では、例えば図７に示すように、スクロール流路４の断面において、径方向におけるスクロール流路４の外側端をＥｏ、軸方向におけるスクロール流路４の前側端をＥｆ、軸方向におけるスクロール流路４の最大流路高さＨｍａｘの中間点をＭｈとすると、径方向におけるスクロール流路４の流路幅Ｗは、軸方向における前側端Ｅｆの位置から外側端Ｅｏの位置にかけて徐々に増大する。また、再循環流抑制断面１０Ｂにおいて、外側端Ｅｏが中間点Ｍｈよりも軸方向における後側に位置している。

かかる構成によれば、スクロール流路４における巻始め４ａと巻終わり４ｂの接続位置Ｐより巻始め４ａ側の少なくとも一部の区間ｓにおいて、外側端Ｅｏが中間点Ｍｈよりも軸方向における後側に位置する再循環流抑制断面１０Ｂを有しているため、図９に示すように、比較形態（スクロール流路の周方向全域に亘って、前側端Ｅｆが中間点Ｍｗと一致するような円形断面０１０を有する構成）と比較して、外側端Ｅｏと前側端Ｅｆとを接続する流路壁部ｗ０をフラットに近づけることが可能となる。

このため、図９に示すように、上記比較形態と比較して、ディフューザ出口８ａから排出された流体ｆｄ（図９では、実線の矢印ｆｄが再循環流抑制断面１０Ｂにおけるディフューザ出口８ａから排出された流れを示しており、破線の矢印ｆｄが比較形態の円形断面０１０におけるディフューザ出口８ａから排出された流れを示している。）をスクロール流路４における内周側（径方向内側）の領域Ｄｉに導き易くすることができる。これにより、図２６及び図２７Ａ〜図２７Ｃを用いて説明した技術的課題、すなわちスクロール流路４の巻始め４ａにおける外周側の領域へのディフューザ出口流れｆｄの偏りを効果的に抑制することができる。

したがって、再循環流抑制断面１０Ａを区間ｓに適用した場合と同様に、再循環流ｆｃの発生を抑制し、再循環流ｆｃに伴う損失の発生を抑制することができる。また、再循環流ｆｃの発生が抑制されることで、必要なスクロール流路４の流路断面積を減少することができ、スクロールケーシング６を小型化することができる。また、上述のスクロールケーシングを小型化する効果及びサージ特性改善（ワイドレンジ化）の効果も得ることができる。

なお、図３等に示す再循環流抑制断面１０Ａを区間ｓに適用する場合の方が、図７等に示す再循環流抑制断面１０Ｂを区間ｓに適用する場合よりも、ディフューザ出口８ａからスクロール流路４に排出された流体がスムーズに径方向内側の領域Ｄｉに導かれるため、圧損を低減しやすいというメリットがある。

一実施形態では、図７に示す再循環流抑制断面１０Ｂが設けられた区間ｓ（図２参照）の少なくとも一部において、外側端Ｅｏと中間点Ｍｈとの軸方向における距離Δｚと最大流路高さＨｍａｘがΔｚ≧０．１×Ｈｍａｘを満たしていてもよい。

これにより、ディフューザ出口８ａから排出された流体をスクロール流路４における内周側の領域Ｄｉに導き易くする効果を高めて、再循環流の発生を効果的に抑制することができる。

更に他の実施形態では、図２に示すスクロール流路４は、接続位置Ｐより巻始め側の少なくとも一部の区間ｓにおいて、上述した再循環流抑制断面１０Ａ又は１０Ｂに代えて以下に説明する再循環流抑制断面１０Ｃを有していてもよい。

図１０及び図１１は、一実施形態に係る再循環流抑制断面１０Ｃの形状を説明するための概略断面図である。

一実施形態では、例えば図１０に示すように、スクロール流路４の断面において、径方向におけるスクロール流路４の外側端をＥｏ、軸方向におけるスクロール流路４の前側端をＥｆ、径方向におけるスクロール流路４の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点をＭｗ、軸方向における前記スクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点をＭｈとすると、径方向におけるスクロール流路４の流路幅Ｗは、軸方向における前側端Ｅｆの位置から外側端Ｅｏの位置にかけて徐々に増大し、軸方向におけるスクロール流路４の流路高さＨは、径方向における外側端Ｅｏの位置から前側端Ｅｆの位置にかけて徐々に増大する。また、再循環流抑制断面１０Ｃにおいて、外側端Ｅｏが中間点Ｍｈよりも軸方向における後側に位置しており、前側端Ｅｆは中間点Ｍｗよりも径方向における内側に位置している。

かかる構成によれば、図１２に示すように、比較形態（スクロール流路の周方向全域に亘って、前側端Ｅｆが中間点Ｍｗと一致するような円形断面０１０を有する構成）と比較して、外側端Ｅｏと前側端Ｅｆとを接続する流路壁部ｗ０をフラットに近づけることが可能となる。また、区間ｓに再循環流抑制断面１０Ａ又は再循環流抑制断面１０Ｂを適用する場合よりも流路壁部ｗ０をフラットに近づけ易いため、ディフューザ出口８ａからの流れｆｄをスクロール流路４における内周側の領域Ｄｉに導き易くする効果が大きい。

このため、スクロール流路４における内周側の領域Ｄｉへ再循環流がより入り込み難くなるため、再循環流の発生及びそれに伴う損失の発生を抑制する効果を高めることができる。また、再循環流を抑制する効果が高い分、上述のスクロールケーシングを小型化する効果及びサージ特性改善（ワイドレンジ化）の効果も高めることができる。

一実施形態では、図７に示す再循環流抑制断面１０Ｃが設けられた区間ｓ（図２参照）の少なくとも一部において、前側端Ｅｆと中間点Ｍｗとの径方向における距離Δｒと最大流路幅ＷｍａｘがΔｒ≧０．１×Ｗｍａｘを満たし、外側端Ｅｏと中間点Ｍｈとの軸方向における距離Δｚと最大流路高さＨｍａｘがΔｚ≧０．１×Ｈｍａｘを満たしていてもよい。

これにより、ディフューザ出口８ａから排出された流体をスクロール流路４における内周側の領域Ｄｉに導き易くする効果を高めて、再循環流の発生を効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、図４、図８又は図１１に示すように、再循環流抑制断面１０（１０Ａ、１０Ｂ又は１０Ｃ）において、径方向におけるスクロール流路の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点Ｍｗを通り軸方向に平行な直線をＬｚ、軸方向におけるスクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点Ｍｈを通り径方向に平行な直線をＬｒとし、再循環流抑制断面再循環流抑制断面１０（１０Ａ、１０Ｂ又は１０Ｃ）を直線Ｌｚと直線Ｌｒとによって四つの領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４に区分した場合、該四つの領域のうち、直線Ｌｚと直線Ｌｒとの交点Ｃよりも径方向における外側且つ軸方向における後側に位置する領域Ｄ１の面積をＡ１、交点Ｃよりも径方向における外側且つ軸方向における前側に位置する領域Ｄ２の面積をＡ２、交点Ｃよりも径方向における内側且つ軸方向における前側に位置する領域Ｄ３の面積をＡ３とすると、スクロール流路４のうち再循環流抑制断面１０（１０Ａ、１０Ｂ又は１０Ｃ）を有する区間ｓ（図２参照）において、面積Ａ１、面積Ａ２及び面積Ａ３は、Ａ１＞Ａ２及びＡ３＞Ａ２を満たす。

かかる構成によれば、比較形態（Ａ１＝Ａ２＝Ａ３を満たすような円形断面０１０を有する構成）と比較して、外側端Ｅｏと前側端Ｅｆとを接続する流路壁部ｗ０をフラットに近づけることが可能となり、ディフューザ出口８ａから排出された流体ｆｄをスクロール流路４における内周側の領域Ｄｉに導き易くすることができる。これにより、スクロール流路４における内周側の領域Ｄｉへ再循環流が入り込み難くなるため、再循環流の発生を抑制し、再循環流に伴う損失の発生を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、図４、図８又は図１１に示すように、再循環流抑制断面１０（１０Ａ、１０Ｂ又は１０Ｃ）において、領域Ｄ１に属する流路壁部ｗ１は、第１の曲率半径Ｒ１を有する円弧部ａ１を含み、領域Ｄ２に属する流路壁部ｗ２は、第１の曲率半径Ｒ１よりも大きい第２の曲率半径Ｒ２を有する円弧部ａ２を含み、領域Ｄ３に属する流路壁部ｗ３は、第２の曲率半径Ｒ２よりも小さい第３の曲率半径Ｒ３を有する円弧部ａ３を含む。領域Ｄ４には、ディフューザ出口８ａの軸方向後側端８ａ１と流路壁部ｗ１とを接続する流路壁部ｗ４１と、流路壁部ｗ３とディフューザ出口８ａの軸方向前側端８ａ２とを接続する流路壁部ｗ４２が設けられている。

かかる構成によれば、比較形態（Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３を満たすような円形断面０１０を有する構成）と比較して、領域Ｄ２に属する流路壁部ｗ２の円弧部ａ２が他の円弧部ａ１及び円弧部ａ３よりもフラットに近いため、図５、図９又は図１２に示すように、ディフューザ出口８ａから排出された流体ｆｄをスクロール流路４における内周側の領域Ｄｉに導き易くすることができる。これにより、スクロール流路４における内周側の領域Ｄｉへ再循環流が入り込み難くなるため、再循環流の発生を抑制し、再循環流に伴う損失の発生を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、図２に示すように、スクロール流路４のスクロール中心Ｏ周りの角度位置について、接続位置Ｐを０度とし、接続位置Ｐに対する巻始め側への角度位置をθとすると、再循環流抑制断面１０（１０Ａ、１０Ｂ又は１０Ｃ）が設けられる区間ｓは、スクロール流路４におけるθ＝０度からθ＝１２０度までの区間の少なくとも一部であってもよい。

このように、スクロール流路４における接続位置Ｐより巻始め側且つ接続位置Ｐにある程度近い区間に再循環流抑制断面１０（１０Ａ、１０Ｂ又は１０Ｃ）を適用することにより、スクロール流路４の巻始めにおける外周側の領域への上述の流れｆｄの偏りを効果的に抑制することができる。これにより、再循環流の発生を効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、図２に示すスクロール流路４において、再循環流抑制断面１０（１０Ａ、１０Ｂ又は１０Ｃ）は、スクロール流路４におけるθ＝０度から第１の角度位置θ１まで設けられてもよい。

このように、スクロール流路４における接続位置Ｐを起点とする巻始め側の区間ｓに再循環流抑制断面１０（１０Ａ、１０Ｂ又は１０Ｃ）を適用することにより、スクロール流路４の巻始めにおける外周側の領域への上述の流れｆｄの偏りを効果的に抑制することができる。これにより、再循環流の発生を効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、上記第１の角度位置θ１は、１０度以上（より好ましくは３０度以上）の角度位置であってもよい。

本発明者の知見によれば、スクロール流路４における接続位置Ｐ近傍（巻始め側）でディフューザ出口８ａから排出された流体がスクロール流路４の断面中心の周りを少なくとも約１周旋回するまでの区間に再循環流抑制断面１０（１０Ａ、１０Ｂ又は１０Ｃ）を適用することで、図２６及び図２７Ａ〜図２７Ｃを用いて説明した技術的課題、すなわちスクロール流路００４の巻始め００４ａにおける外周側の領域Ｄｏへのディフューザ出口流れｆｄの偏りを効果的に抑制することができる。ここで、ディフューザ出口８ａから排出された流体が約１周旋回するのに要する距離は運転条件によって変化するが、第１の角度位置θ１を、１０度以上（より好ましくは３０度以上）の角度位置とすることにより、スクロール流路４の巻始め４ａにおける外周側の領域への流れの偏りをより効果的に抑制することができ、再循環流の発生をより効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、図２及び図１３に示すように、スクロール流路４のうち、再循環流抑制断面１０（１０Ａ、１０Ｂ又は１０Ｃ）を有する区間ｓより下流側の区間ｔは、円形断面形状（例えば上述の円形断面０１０）を有していてもよい。

かかる構成によれば、スクロール流路の全区間が円形断面形状を有している比較形態と比較して、区間ｓに再循環流抑制断面１０（１０Ａ、１０Ｂ又は１０Ｃ）を適用することによってスクロール流路４におけるディフューザ出口８ａからの流れが入り込み難かった上述の領域Ｄｉに該流れを速やかに導くとともに、接続位置Ｐからある程度下流側（巻始め側）に離れた区間ｔでは円形断面形状によって円滑な旋回流を形成することができるため、再循環流量を低減するとともにスクロール流路４内における流動損失を低減することができる。これにより、図１４に示すように、小流量側、大流量側、低回転側及び高回転側の全作動範囲において、上記比較形態と比較して圧力損失係数を低減することができる。

幾つかの実施形態では、図１５〜図１７に示すように、スクロール流路４は、巻始め４ａと巻終わり４ｂの接続位置Ｐより巻始め側の少なくとも一部の区間ｕにおいて、下流側から接続位置Ｐに近づくにつれて（角度位置θが小さくなるにつれて）該断面の図心Ｉとスクロール流路４のスクロール中心Ｏ（すなわちインペラ２の回転軸線Ｏ；図１参照）との距離Ｒが小さくなる図心位置シフト区間ｕを含んでいてもよい。図１６では、図心位置シフト区間ｕにおいて、相対的に上流側に位置する再循環流抑制断面１０（１０Ａ、１０Ｂ又は１０Ｃ）を実線で示しており、相対的に下流側に位置する再循環流抑制断面１０（１０Ａ、１０Ｂ又は１０Ｃ）を破線で示している。

この場合、幾つかの実施形態では、図１８〜図２０に示すように、再循環流抑制断面１０（１０Ａ、１０Ｂ又は１０Ｃ）が設けられた区間ｓと図心位置シフト区間ｕとは、少なくとも一部が重複していてもよい。すなわち、区間ｓと区間ｕは、図１８に示すように一致していてもよいし、図１９に示すように、区間ｓを規定する角度位置θ１より区間ｕを規定する角度位置θ２の方が小さくてもよいし、図２０に示すように区間ｓを規定する角度位置θ１より区間ｕを規定する角度位置θ２の方が大きくてもよい。また、スクロール流路４のうち図心位置シフト区間ｕより下流側の区間ｖは、上記距離Ｒが一定である図心位置一定区間であってもよい。

かかる構成によれば、スクロール流路４の図心位置シフト区間ｕにおいて、下流側から接続位置Ｐに近づくにつれて断面の図心Ｉとスクロール中心Ｏとの距離Ｒが小さくなるため、ディフューザ出口８ａから排出された流体をスクロール流路４における内周側の領域Ｄｉ（図５、図９又は図１２参照）に導き易くする上述の効果（再循環流抑制断面１０の適用による効果）を高めることができる。これにより、スクロール流路４の巻始めにおける外周側の領域への流れの偏りを効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、図１５及び図１７に示すように、図心位置シフト区間ｕは、スクロール流路４におけるθ＝０度からθ＝１２０度までの区間の少なくとも一部に設けられてもよい。

このように、スクロール流路４における接続位置Ｐより巻始め側且つ接続位置Ｐに近い区間に図心位置シフト区間ｕを設けることにより、図２６及び図２７Ａ〜図２７Ｃを用いて説明した技術的課題、すなわちスクロール流路４の巻始め４ａにおける外周側の領域へのディフューザ出口流れｆｄの偏りを効果的に抑制することができる。これにより、再循環流の発生を効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、図１５及び図１７に示すように、図心位置シフト区間ｕは、スクロール流路４におけるθ＝０度から第２の角度位置θ２に亘って設けられてもよい。

このように、スクロール流路４における接続位置Ｐを起点とする巻始め側の区間を図心位置シフト区間ｕとすることにより、スクロール流路の巻始めにおける外周側の領域への流れの偏りを効果的に抑制することができる。これにより、再循環流の発生を効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、第２の角度位置θ２は、１０度以上の角度位置であってもよい。

本発明者の知見によれば、スクロール流路４における接続位置Ｐ近傍（巻始め側）でディフューザ出口８ａから排出された流体がスクロール流路４の断面中心の周りを少なくとも約１周旋回するまでの区間をある程度カバーするように図心位置シフト区間ｕを適用することで、スクロール流路４の巻始め４ａにおける外周側の領域への流れの偏りをより効果的に抑制することができる。ここで、ディフューザ出口８ａから排出された流体が約１周旋回するまでの距離は運転条件によって変化するが、第２の角度位置θ２を、１０度以上（より好ましくは３０度以上）の角度位置とすることにより、スクロール流路４の巻始め４ａにおける外周側の領域への流れの偏りをより効果的に抑制することができ、再循環流の発生をより効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、図２１及び図２２に示すように、スクロール流路４の流路断面積（ディフューザ出口８ａをスクロール流路４とディフューザ流路８との境界とした場合に規定される流路断面積）をＡとすると、図心位置シフト区間ｕにおいて、流路断面積Ａを距離Ｒで除した値Ａ／Ｒは、スクロール流路４の巻き始め４ａから巻き終わり４ｂにかけてほぼ一定の傾きで増加する。

かかる構成によれば、図心位置シフト区間ｕにおいて、スクロール中心Ｏ周りの角度位置θによらず値Ａ／Ｒが一定であるため、該角度位置θによらず流速を一定に維持しながら、ディフューザ出口８ａから排出された流体をスクロール流路４における内周側の領域Ｄｉに導き易くする上述の効果を高めることができる。したがって、角度位置θによらず流速を一定に維持しながら、再循環流の発生を効果的に抑制することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

例えば、図２に例示した形態では、再循環流抑制断面１０（１０Ａ、１０Ｂ又は１０Ｃ）を有する区間ｓと、区間ｓの下流側に設けられた円形断面０１０を有する区間ｕとを有する形態を示したが、図２３に示すように、再循環流抑制断面１０（１０Ａ、１０Ｂ又は１０Ｃ）を有する区間ｓは、スクロール流路４の周方向における全域に亘って設けられていても良い。

かかる構成によっても同様に、スクロール流路４の巻始め４ａにおける外周側の領域への流れの偏りを効果的に抑制することができるため、再循環流の発生を抑制し、再循環流に伴う損失の発生を抑制することができる。また、再循環流の発生が抑制されることで、必要なスクロール流路の流路断面積を減少することができ、スクロールケーシングを小型化することができる。また、サージ特性改善（ワイドレンジ化）にも同様に寄与することができる。

２ インペラ
４ スクロール流路
４ａ 巻始め
４ｂ 巻終わり
６ スクロールケーシング
８ ディフューザ流路
８ａ ディフューザ出口
８ａ１ 後側端
８ａ２ 前側端
１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ） 再循環流抑制断面
１２ スクロール流路の出口
１００ 遠心圧縮機
Ａ 流路断面積
Ａ１，Ａ２，Ａ３ 面積
Ｃ 交点
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄｉ，Ｄｏ 領域
Ｅｆ 前側端
Ｅｏ 外側端
Ｉ 図心
Ｌｒ，Ｌｚ 直線
Ｍｈ，Ｍｗ 中間点
Ｏ スクロール中心（インペラの回転軸線）
Ｐ 接続位置（舌部位置）
Ｒ１ 第１の曲率半径
Ｒ２ 第２の曲率半径
Ｒ３ 第３の曲率半径
Ｗ 流路幅
Ｗｍａｘ 最大流路幅
Ｈ 流路高さ
Ｈｍａｘ 最大流路高さ
ａ１，ａ２，ａ３ 円弧部
ｆｄ ディフューザ出口からの流体流れ
ｆｃ 再循環流
ｓ，ｔ，ｕ，ｖ 区間
ｗ０，ｗ１，ｗ２，ｗ３１，ｗ３２，ｗ４ 流路壁部

Claims (24)

1. 遠心圧縮機のスクロール流路を形成するスクロールケーシングであって、
   前記スクロール流路の断面において、前記遠心圧縮機の径方向における前記スクロール流路の外側端をＥｏ、前記遠心圧縮機の軸方向における前記スクロール流路の前側端をＥｆ、前記径方向における前記スクロール流路の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点をＭｗとすると、
   前記軸方向における前記スクロール流路の流路高さＨは、前記径方向における前記外側端Ｅｏの位置から前記前側端Ｅｆの位置にかけて徐々に増大し、
   前記スクロール流路は、巻始めと巻終わりの接続位置より巻始め側の少なくとも一部の区間において、前記前側端Ｅｆが前記中間点Ｍｗよりも前記径方向における内側に位置する再循環流抑制断面を有し、
   前記径方向における前記スクロール流路の流路幅Ｗは、前記軸方向における前記前側端Ｅｆの位置から前記外側端Ｅｏの位置にかけて徐々に増大し、
   前記スクロール流路の断面において、前記軸方向における前記スクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点をＭｈとすると、
   前記再循環流抑制断面において、前記外側端Ｅｏは前記中間点Ｍｈよりも前記軸方向における後側に位置するスクロールケーシング。
2. 遠心圧縮機のスクロール流路を形成するスクロールケーシングであって、
   前記スクロール流路の断面において、前記遠心圧縮機の径方向における前記スクロール流路の外側端をＥｏ、前記遠心圧縮機の軸方向における前記スクロール流路の前側端をＥｆ、前記径方向における前記スクロール流路の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点をＭｗとすると、
   前記軸方向における前記スクロール流路の流路高さＨは、前記径方向における前記外側端Ｅｏの位置から前記前側端Ｅｆの位置にかけて徐々に増大し、
   前記スクロール流路は、巻始めと巻終わりの接続位置より巻始め側の少なくとも一部の区間において、前記前側端Ｅｆが前記中間点Ｍｗよりも前記径方向における内側に位置する再循環流抑制断面を有し、
   前記スクロール流路の断面において、前記径方向における前記スクロール流路の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点Ｍｗを通り前記軸方向に平行な直線をＬｚ、前記軸方向における前記スクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点Ｍｈを通り前記径方向に平行な直線をＬｒとし、前記再循環流抑制断面を前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとによって四つの領域に区分した場合、
   前記四つの領域のうち、前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとの交点Ｃよりも前記径方向における外側且つ前記軸方向における後側に位置する領域の面積をＡ１、前記交点よりも前記径方向における前記外側且つ前記軸方向における前側に位置する領域の面積をＡ２、前記交点よりも前記径方向における内側且つ前記軸方向における前側に位置する領域の面積をＡ３とすると、
   前記スクロール流路のうち前記再循環流抑制断面を有する区間の少なくとも一部において、面積Ａ１、面積Ａ２及び面積Ａ３は、Ａ１＞Ａ２及びＡ３＞Ａ２を満たすスクロールケーシング。
3. 遠心圧縮機のスクロール流路を形成するスクロールケーシングであって、
   前記スクロール流路の断面において、前記遠心圧縮機の径方向における前記スクロール流路の外側端をＥｏ、前記遠心圧縮機の軸方向における前記スクロール流路の前側端をＥｆ、前記径方向における前記スクロール流路の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点をＭｗとすると、
   前記軸方向における前記スクロール流路の流路高さＨは、前記径方向における前記外側端Ｅｏの位置から前記前側端Ｅｆの位置にかけて徐々に増大し、
   前記スクロール流路は、巻始めと巻終わりの接続位置より巻始め側の少なくとも一部の区間において、前記前側端Ｅｆが前記中間点Ｍｗよりも前記径方向における内側に位置する再循環流抑制断面を有し、
   前記スクロール流路の断面において、前記遠心圧縮機の径方向における前記スクロール流路の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点Ｍｗを通り前記遠心圧縮機の軸方向に平行な直線をＬｚ、前記軸方向における前記スクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点Ｍｈを通り前記径方向に平行な直線をＬｒとし、前記再循環流抑制断面を前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとによって四つの領域に区分した場合、
   前記四つの領域のうち、前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとの交点Ｃよりも前記径方向における外側且つ前記軸方向における後側に位置する領域の流路壁は、第１の曲率半径Ｒ１を有する円弧部を含み、
   前記四つの領域のうち、前記交点Ｃよりも前記径方向における外側且つ前記軸方向における前側に位置する領域の流路壁は、前記第１の曲率半径Ｒ１よりも大きい第２の曲率半径Ｒ２を有する円弧部を含み、
   前記四つの領域のうち、前記交点Ｃよりも前記径方向における内側且つ前記軸方向における前側に位置する領域の流路壁は、前記第２の曲率半径Ｒ２よりも小さい第３の曲率半径Ｒ３を有する円弧部を含むスクロールケーシング。
4. 遠心圧縮機のスクロール流路を形成するスクロールケーシングであって、
   前記スクロール流路の断面において、前記遠心圧縮機の径方向における前記スクロール流路の外側端をＥｏ、前記遠心圧縮機の軸方向における前記スクロール流路の前側端をＥｆ、前記径方向における前記スクロール流路の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点をＭｗとすると、
   前記軸方向における前記スクロール流路の流路高さＨは、前記径方向における前記外側端Ｅｏの位置から前記前側端Ｅｆの位置にかけて徐々に増大し、
   前記スクロール流路は、巻始めと巻終わりの接続位置より巻始め側の少なくとも一部の区間において、前記前側端Ｅｆが前記中間点Ｍｗよりも前記径方向における内側に位置する再循環流抑制断面を有し、
   前記スクロール流路は、前記スクロールケーシングとは別体からなる板状部材ではなく、前記スクロールケーシング自体の内壁面によって形成されるスクロールケーシング。
5. 前記スクロール流路におけるスクロール中心周りの角度位置について、前記接続位置を０度とし、前記接続位置に対する前記巻始め側への角度位置をθとすると、
   前記再循環流抑制断面は、前記スクロール流路におけるθ＝０度から第１の角度位置θ１まで設けられる、請求項４に記載のスクロールケーシング。
6. 遠心圧縮機のスクロール流路を形成するスクロールケーシングであって、
   前記スクロール流路の断面において、前記遠心圧縮機の径方向における前記スクロール流路の外側端をＥｏ、前記遠心圧縮機の軸方向における前記スクロール流路の前側端をＥｆ、前記軸方向における前記スクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点をＭｈとすると、
   前記径方向における前記スクロール流路の流路幅Ｗは、前記軸方向における前記前側端Ｅｆの位置から前記外側端Ｅｏの位置にかけて徐々に増大し、
   前記スクロール流路は、巻始めと巻終わりの接続位置より巻始め側の少なくとも一部の区間において、前記外側端Ｅｏが前記中間点Ｍｈよりも前記軸方向における後側に位置する再循環流抑制断面を有し、
   前記スクロール流路のうち前記再循環流抑制断面を有する区間の少なくとも一部において、前記外側端Ｅｏと前記中間点Ｍｈとの前記軸方向における距離Δｚと前記最大流路高さＨｍａｘがΔｚ≧０．１×Ｈｍａｘを満たすスクロールケーシング。
7. 遠心圧縮機のスクロール流路を形成するスクロールケーシングであって、
   前記スクロール流路の断面において、前記遠心圧縮機の径方向における前記スクロール流路の外側端をＥｏ、前記遠心圧縮機の軸方向における前記スクロール流路の前側端をＥｆ、前記軸方向における前記スクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点をＭｈとすると、
   前記径方向における前記スクロール流路の流路幅Ｗは、前記軸方向における前記前側端Ｅｆの位置から前記外側端Ｅｏの位置にかけて徐々に増大し、
   前記スクロール流路は、巻始めと巻終わりの接続位置より巻始め側の少なくとも一部の区間において、前記外側端Ｅｏが前記中間点Ｍｈよりも前記軸方向における後側に位置する再循環流抑制断面を有し、
   前記スクロール流路の断面において、前記径方向における前記スクロール流路の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点Ｍｗを通り前記軸方向に平行な直線をＬｚ、前記軸方向における前記スクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点Ｍｈを通り前記径方向に平行な直線をＬｒとし、前記再循環流抑制断面を前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとによって四つの領域に区分した場合、
   前記四つの領域のうち、前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとの交点Ｃよりも前記径方向における外側且つ前記軸方向における後側に位置する領域の面積をＡ１、前記交点よりも前記径方向における前記外側且つ前記軸方向における前側に位置する領域の面積をＡ２、前記交点よりも前記径方向における内側且つ前記軸方向における前側に位置する領域の面積をＡ３とすると、
   前記スクロール流路のうち前記再循環流抑制断面を有する区間の少なくとも一部において、面積Ａ１、面積Ａ２及び面積Ａ３は、Ａ１＞Ａ２及びＡ３＞Ａ２を満たすスクロールケーシング。
8. 遠心圧縮機のスクロール流路を形成するスクロールケーシングであって、
   前記スクロール流路の断面において、前記遠心圧縮機の径方向における前記スクロール流路の外側端をＥｏ、前記遠心圧縮機の軸方向における前記スクロール流路の前側端をＥｆ、前記軸方向における前記スクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点をＭｈとすると、
   前記径方向における前記スクロール流路の流路幅Ｗは、前記軸方向における前記前側端Ｅｆの位置から前記外側端Ｅｏの位置にかけて徐々に増大し、
   前記スクロール流路は、巻始めと巻終わりの接続位置より巻始め側の少なくとも一部の区間において、前記外側端Ｅｏが前記中間点Ｍｈよりも前記軸方向における後側に位置する再循環流抑制断面を有し、
   前記スクロール流路の断面において、前記遠心圧縮機の径方向における前記スクロール流路の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点Ｍｗを通り前記遠心圧縮機の軸方向に平行な直線をＬｚ、前記軸方向における前記スクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点Ｍｈを通り前記径方向に平行な直線をＬｒとし、前記再循環流抑制断面を前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとによって四つの領域に区分した場合、
   前記四つの領域のうち、前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとの交点Ｃよりも前記径方向における外側且つ前記軸方向における後側に位置する領域の流路壁は、第１の曲率半径Ｒ１を有する円弧部を含み、
   前記四つの領域のうち、前記交点Ｃよりも前記径方向における外側且つ前記軸方向における前側に位置する領域の流路壁は、前記第１の曲率半径Ｒ１よりも大きい第２の曲率半径Ｒ２を有する円弧部を含み、
   前記四つの領域のうち、前記交点Ｃよりも前記径方向における内側且つ前記軸方向における前側に位置する領域の流路壁は、前記第２の曲率半径Ｒ２よりも小さい第３の曲率半径Ｒ３を有する円弧部を含むスクロールケーシング。
9. 遠心圧縮機のスクロール流路を形成するスクロールケーシングであって、
   前記スクロール流路の断面において、前記遠心圧縮機の径方向における前記スクロール流路の外側端をＥｏ、前記遠心圧縮機の軸方向における前記スクロール流路の前側端をＥｆ、前記軸方向における前記スクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点をＭｈとすると、
   前記径方向における前記スクロール流路の流路幅Ｗは、前記軸方向における前記前側端Ｅｆの位置から前記外側端Ｅｏの位置にかけて徐々に増大し、
   前記スクロール流路は、巻始めと巻終わりの接続位置より巻始め側の少なくとも一部の区間において、前記外側端Ｅｏが前記中間点Ｍｈよりも前記軸方向における後側に位置する再循環流抑制断面を有し、
   前記スクロール流路におけるスクロール中心周りの角度位置について、前記接続位置を０度とし、前記接続位置に対する前記巻始め側への角度位置をθとすると、
   前記再循環流抑制断面は、前記スクロール流路におけるθ＝０度からθ＝１２０度までの区間の少なくとも一部に設けられるスクロールケーシング。
10. 前記スクロール流路のうち前記再循環流抑制断面を有する区間の少なくとも一部において、前記前側端Ｅｆと前記中間点Ｍｗとの前記径方向における距離Δｒと前記最大流路幅ＷｍａｘがΔｒ≧０．１×Ｗｍａｘを満たす請求項１乃至５の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
11. 前記スクロール流路のうち前記再循環流抑制断面を有する区間の少なくとも一部において、前記外側端Ｅｏと前記中間点Ｍｈとの前記軸方向における距離Δｚと前記最大流路高さＨｍａｘがΔｚ≧０．１×Ｈｍａｘを満たす請求項１、７乃至９の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
12. 前記スクロール流路におけるスクロール中心周りの角度位置について、前記接続位置を０度とし、前記接続位置に対する前記巻始め側への角度位置をθとすると、
    前記再循環流抑制断面は、前記スクロール流路におけるθ＝０度からθ＝１２０度までの区間の少なくとも一部に設けられる請求項１乃至８の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
13. 前記スクロール流路におけるスクロール中心周りの角度位置について、前記接続位置を０度とし、前記接続位置に対する前記巻始め側への角度位置をθとすると、
    前記再循環流抑制断面は、前記スクロール流路におけるθ＝０度から第１の角度位置θ１まで設けられる請求項１乃至４、及び６乃至９の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
14. 前記第１の角度位置θ１は、１０度以上の角度位置である請求項５又は１３に記載のスクロールケーシング。
15. 前記スクロール流路は、前記第１の角度位置θ１より下流側において、円形断面形状を有する区間を含む請求項５、１３、又は１４に記載のスクロールケーシング。
16. 前記再循環流抑制断面は、前記スクロール流路の周方向全域に亘って設けられる請求項１乃至４、及び６乃至８の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
17. 前記スクロール流路の断面において、前記径方向における前記スクロール流路の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点Ｍｗを通り前記軸方向に平行な直線をＬｚ、前記軸方向における前記スクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点Ｍｈを通り前記径方向に平行な直線をＬｒとし、前記再循環流抑制断面を前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとによって四つの領域に区分した場合、
    前記四つの領域のうち、前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとの交点Ｃよりも前記径方向における外側且つ前記軸方向における後側に位置する領域の面積をＡ１、前記交点よりも前記径方向における前記外側且つ前記軸方向における前側に位置する領域の面積をＡ２、前記交点よりも前記径方向における内側且つ前記軸方向における前側に位置する領域の面積をＡ３とすると、
    前記スクロール流路のうち前記再循環流抑制断面を有する区間の少なくとも一部において、面積Ａ１、面積Ａ２及び面積Ａ３は、Ａ１＞Ａ２及びＡ３＞Ａ２を満たす請求項１、３乃至６、８、及び９の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
18. 前記スクロール流路の断面において、前記遠心圧縮機の径方向における前記スクロール流路の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点Ｍｗを通り前記遠心圧縮機の軸方向に平行な直線をＬｚ、前記軸方向における前記スクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点Ｍｈを通り前記径方向に平行な直線をＬｒとし、前記再循環流抑制断面を前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとによって四つの領域に区分した場合、
    前記四つの領域のうち、前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとの交点Ｃよりも前記径方向における外側且つ前記軸方向における後側に位置する領域の流路壁は、第１の曲率半径Ｒ１を有する円弧部を含み、
    前記四つの領域のうち、前記交点Ｃよりも前記径方向における外側且つ前記軸方向における前側に位置する領域の流路壁は、前記第１の曲率半径Ｒ１よりも大きい第２の曲率半径Ｒ２を有する円弧部を含み、
    前記四つの領域のうち、前記交点Ｃよりも前記径方向における内側且つ前記軸方向における前側に位置する領域の流路壁は、前記第２の曲率半径Ｒ２よりも小さい第３の曲率半径Ｒ３を有する円弧部を含む請求項１、２、４乃至７、及び９の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
19. 前記再循環流抑制断面の図心と前記スクロール流路のスクロール中心との距離をＲとすると、
    前記スクロール流路は、巻始めと巻終わりの接続位置より巻始め側の少なくとも一部の区間において、下流側から前記接続位置に近づくにつれて前記距離Ｒが小さくなる図心位置シフト区間を含み、
    前記再循環流抑制断面が設けられた区間と前記図心位置シフト区間とは、少なくとも一部が重複する請求項１乃至１８の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
20. 前記スクロール流路のスクロール中心周りの角度位置について、前記接続位置を０度とし、前記接続位置に対する前記巻始め側への角度位置をθとすると、
    前記図心位置シフト区間は、前記スクロール流路におけるθ＝０度からθ＝１２０度までの区間の少なくとも一部に設けられる請求項１９に記載のスクロールケーシング。
21. 前記スクロール流路のスクロール中心周りの角度位置について、前記接続位置を０度とし、前記接続位置に対する前記巻始め側への角度位置をθとすると、
    前記図心位置シフト区間は、前記スクロール流路におけるθ＝０度から第２の角度位置θ２まで設けられる請求項１９又は２０に記載のスクロールケーシング。
22. 前記第２の角度位置θ２は、１０度以上の角度位置である請求項２１に記載のスクロールケーシング。
23. 前記再循環流抑制断面の流路面積をＡとすると、
    前記図心位置シフト区間において、前記流路断面積Ａを前記距離Ｒで除した値Ａ／Ｒは、前記スクロール流路の巻き始めから巻き終わりにかけてほぼ一定の傾きで増加する請求項１９乃至２２の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
24. インペラと、
    前記インペラの周囲に配置され前記インペラを通過した流体が流入するスクロール流路を形成するスクロールケーシングと、
    を備え、前記スクロールケーシングが請求項１乃至２３の何れか１項に記載のスクロールケーシングである遠心圧縮機。

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