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