JP6638159B2 - 圧縮機スクロール、および、遠心圧縮機 - Google Patents

Description

この発明は、圧縮機スクロール、および、遠心圧縮機に関する。

ターボチャージャー等の圧縮機に用いられる遠心圧縮機は、羽根車の回転により流体に運動エネルギーを付与するとともに、その径方向外側に流体を吐出して流体に遠心力を作用させて流体の圧力を上昇させる。
この種の遠心圧縮機は、一般に、羽根車の径方向外側にディフューザーとスクロールとを有している。ディフューザーは、流体の流速を低下させる。スクロールは、渦巻き状に形成されてディフューザーから吐出された流体を出口流路に導く。

特許文献１には、広い運転範囲において高圧力比と高効率化の要求を満たすために、スクロールの巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部の断面形状を偏平形状にするとともに、巻き始めから巻き終わりに向かって徐々にスクロールの断面形状を円形に戻す技術が記載されている。
特許文献２には、主に小流量作動点における効率改善のために、スクロールの巻き始めの断面形状を三角形に類似する形状とする技術が記載されている。

日本国特許第５４７９３１６号公報 日本国特許第４４９２０４５号公報

遠心圧縮機にあっては、大流量作動点から小流量作動点までの全域における高圧力比の実現や効率改善が望まれている。しかし、特許文献１，２の遠心圧縮機は、小流量作動点における効率改善等を行うことができるものの、大流量作動点における効率改善については考慮されていない。

大流量作動点においては、流体のディフューザー出口流れは、羽根車の周方向における速度成分よりも、羽根車の径方向における速度成分が大きくなる。そのため、ディフューザー出口流れが、スクロールの巻き始めと巻き終わりとが接続される部分に形成された稜線部に対して直角に近い角度で交差するようになる。このように、ディフューザー出口流れが稜線部と交差することで、稜線部において流体の剥離が生じてしまい損失が大きくなる。
この発明は、大流量作動点における効率改善を図ることが可能な圧縮機スクロール、および、遠心圧縮機を提供することを目的とする。

この発明の第一態様によれば、圧縮機スクロールは、軸線を中心とした周方向に延びて、巻き始め部と巻き終わり部とが交差して連通されるとともに、前記軸線方向の第一側、且つ前記軸線を中心とした径方向内側に形成されたディフューザー出口から流体が流入するスクロール流路を形成するスクロール流路形成部を備えている。圧縮機スクロールは、前記スクロール流路の前記巻き終わり部と連通し、前記軸線を中心とした円の接線方向に延びる出口流路を形成する出口流路形成部を更に備えている。前記巻き終わり部の前記スクロール流路と直交する断面における少なくとも前記径方向の外側の内周面は、仮想円上に延びる円弧状とされている。前記スクロール流路形成部は、前記巻き始め部と巻き終わり部とが交差する部分における少なくとも前記巻き終わり部に、前記仮想円よりも前記径方向で前記巻き始め部側に向かって前記スクロール流路を膨出させる膨出部を備える。
このような膨出部を備えることで、巻き始め部と交わる部分の巻き終わり部の実質的な曲率半径を大きくすることができる。そのため、巻き始め部と巻き終わり部との交わりにより形成される稜線部の盛り上がりを低く抑えて、剥離が生じることを抑制できる。したがって、大流量作動点における損失を低減して、効率改善を図ることが可能となる。

この発明の第二態様によれば、圧縮機スクロールは、第一態様において、前記膨出部から、前記スクロール流路の上流側と下流側との少なくとも一方に向かうにつれて前記膨出部の膨出が漸次低減される膨出変化部を備えていてもよい。
このように構成することで、膨出部と、膨出部の上流側と下流側との少なくとも一方に向かってスクロール流路を流れる流体がスクロール流路形成部の内周面から剥離することを抑制できる。

この発明の第三態様によれば、圧縮機スクロールは、第一又は第二態様における膨出部が、前記軸線に近い側に向かって長軸が延びる断面楕円形状の曲面を備えていてもよい。
このように膨出部が断面楕円形状の曲面を備えることで、軸線方向の寸法を増大させることなしにスクロール流路を膨出させることができる。

この発明の第四態様によれば、圧縮機スクロールは、第一から第三態様の何れか一つの態様における膨出部が、前記スクロール流路と直交する断面において最も前記軸線に近い側に膨出した頂点部が、前記軸線の延びる方向で前記巻き終わり部の最大幅寸法の中間位置よりも、前記軸線の延びる方向で前記第一側とは反対の第二側に配置されていてもよい。
上述した大流量作動点では、流体の流量が増加する。そのため、流体の流量を基準にするとスクロール流路の流路断面積が相対的に減少したように見える。これにより、特に、巻き終わり部における流体の旋回成分が増加してしまう場合がある。この旋回成分の増加により、ディフューザー出口流れと、巻き終わり部を出口に向かう旋回流れとが干渉して、剥離を起こしてしまい損失が増大する可能性が有る。しかし、上記のように頂点部の位置を中間位置よりも第二側に配置することで、頂点位置を境にして第一側よりも第二側の曲率半径を大きくすることができる。つまり、膨出部の内周面の曲率半径を第二側で急激に増加させることができる。そのため、曲率半径の増加により旋回流が内周面に垂直に近い形で衝突して、旋回成分を低減することができる。その結果、旋回成分とディフューザー出口流れとの衝突（干渉）による剥離を抑制できる。

この発明の第五態様によれば、圧縮機スクロールは、第四態様における前記膨出部が、その内周面のうち少なくとも一部に、前記スクロール流路に直交する断面形状が直線状に形成された直線部を備えていてもよい。
このように構成することで、スクロール流路の旋回流を直線部に衝突させることができる。そのため、スクロール流路の旋回流を低減して、ディフューザー出口流れに対する旋回流の干渉による損失を抑制できる。

この発明の第六態様によれば、圧縮機スクロールは、第五態様における膨出部が、前記軸線に近い側に最も膨出した頂点部から前記軸線方向の第一側に向かって前記直線部が形成されていてもよい。
このように構成することで、頂点部から第一側に向かって曲面が形成されている場合よりも、スクロール流路における流体の旋回成分を低減できる。

この発明の第七態様によれば、圧縮機スクロールは、第四態様において、ディフューザーが接続されるディフューザー接続部を備えていてもよい。さらに、前記直線部が、前記スクロール流路の上流側から下流側に向かって、前記軸線方向の第二側から第一側に漸次移動するように形成されていてもよい。
このように構成することで、旋回流の位置に応じて直線部を配置することができる。そのため、スクロール流路の上流から下流に渡って旋回流を効率よく低減することができる。

この発明の第八態様によれば、圧縮機スクロールは、第一から第七態様の何れか一つの態様における巻き始め部が、前記軸線を中心とする径方向で最も外側に配置される第一頂点部から、前記軸線の延びる方向で、最も第二側に配置される第二頂点部に向けて前記軸線の延びる方向の流路幅が漸次増加するように形成され、前記第二頂点部は、前記径方向における最大流路幅の中間点よりも、前記径方向の内側に配置されていてもよい。
このように構成することで、小流量作動点において巻き終わり部から巻き始め部への再循環流を抑制することができる。そのため、大流量作動点における損失を低減しつつ、小流量作動点における損失を低減できる。したがって、大流量作動点から小流量作動点までの全域で効率改善することができる。

この発明の第九態様によれば、遠心圧縮機は、羽根車と、ディフューザーと、第一から第七態様の何れか一つの態様における圧縮機スクロールと、を備える。
このように構成することで、遠心圧縮機の性能を向上することができる。

上記圧縮機スクロールによれば、大流量作動点における効率改善を図ることができる。

この発明の第一実施形態における遠心圧縮機の断面図である。 この発明の第一実施形態におけるスクロール流路形成部および出口流路形成部の断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 この発明の第二実施形態における図３に相当する断面図である。 この発明の第二実施形態の変形例における図３に相当する断面図である。 この発明の第三実施形態におけるスクロール流路形成部の３６０度の位置における断面図である。 この発明の第三実施形態におけるスクロール流路形成部の３１５度の位置における断面図である。 この発明の第三実施形態におけるスクロール流路形成部の２７０度の位置における断面図である。 この発明の第四実施形態における巻き始め部の断面図である。

（第一実施形態）
次に、この発明の第一実施形態における圧縮機スクロール、および、遠心圧縮機を図面に基づき説明する。この実施形態における遠心圧縮機は、例えば、自動車等の車両に搭載されるターボチャージャー等の圧縮機として用いられる。

図１は、この発明の第一実施形態における遠心圧縮機の断面図である。
この実施形態の遠心圧縮機１Ａは、外部から取り入れた空気を圧縮して内燃機関（図示せず）に供給する。図１に示すように、遠心圧縮機１Ａは、回転軸２と、インペラ３と、コンプレッサハウジング４Ａとを主に備えている。
回転軸２は、軸線Ｏを中心に軸線Ｏ方向に延びる柱状に形成されている。この回転軸２は、例えば、軸受ケーシング（図示せず）に収容されたスラスト軸受およびジャーナル軸受を介して回転自在に支持されている。
インペラ３は、回転軸２の端部に設けられている。インペラ３は、ディスク３ａと、ブレード３ｂと、を備えている。

ディスク３ａは、軸線Ｏを中心とした円盤状に形成されている。より具体的には、ディスク３ａは、軸線Ｏ方向における回転軸２の一方側（第二側；図１中、左側）から他方側（第一側；図１中、右側）に向かうにつれて、軸線Ｏを中心とした径方向で漸次拡径するように形成されている。

ブレード３ｂは、ディスク３ａの軸線Ｏ方向一方側を向く面に形成されるとともに、軸線Ｏの周方向に間隔をあけて複数形成されている。さらに、これらブレード３ｂは、ディスク３ａから離間するように延びるとともに、軸線Ｏを中心に放射状に配置されている。

コンプレッサハウジング４Ａは、吸込み流路形成部５と、インペラ室形成部６と、ディフューザー部７Ａと、スクロール流路形成部８Ａと、出口流路形成部９（図２参照）と、を備える。

吸込み流路形成部５は、コンプレッサハウジング４Ａの外部から導入された流体をインペラ室形成部６の空間６ａへ導く吸込み流路５ａを形成する。吸込み流路形成部５は、軸線Ｏ方向の一方側に開口する筒状に形成されている。

インペラ室形成部６は、上述したインペラ３を収容する空間６ａを形成している。このインペラ室形成部６は、ブレード３ｂと僅かな隙間を介して対向する内周面６ｂを有している。この内周面６ｂは、軸線Ｏ方向における回転軸２の一方側から他方側に向かうにつれて、軸線Ｏを中心とした径方向で漸次拡径するように形成されている。

ディフューザー部７Ａは、軸線Ｏを中心とした空間６ａの径方向外側の端部から、径方向外側に延びるディフューザー流路７ａを形成する。このディフューザー流路７ａは、径方向外側に向かって徐々に流路断面積が増加するように形成されている。これによりディフューザー流路７ａは、インペラ室形成部６から径方向外側に向けて送り込まれた流体を圧力回復させている。ディフューザー流路７ａと、スクロール流路８ａとは、軸線Ｏを中心とした周方向において全周で連通している。

図２は、この発明の第一実施形態におけるスクロール流路形成部および出口流路形成部の断面図である。
図２に示すように、スクロール流路形成部８Ａは、ディフューザー流路７ａから軸線Ｏを中心とする径方向外側に向かって吐出された流体を旋回させながら円滑に出口流路９ａへと導くスクロール流路８ａを形成する。スクロール流路８ａは、軸線Ｏを中心とした周方向に延びるように形成され、その周方向の一端に巻き始め部１０を有し、他端に巻き終わり部１１を有している。巻き始め部１０は、スクロール流路８ａの周方向の一端から所定の範囲を指し、巻き終わり部１１は、スクロール流路８ａの周方向の他端側において巻き始め部１０と重なる範囲を指している。

スクロール流路８ａは、巻き始め部１０から巻き終わり部１１に向かって、流体の流れ方向で徐々に流路断面積が増加するように形成されている。また、巻き始め部１０と巻き終わり部１１とは、交差して互いのスクロール流路８ａが連通している。以下の説明において、巻き始め部１０と巻き終わり部１１との交差する部分を舌部１２と称している。

出口流路形成部９は、スクロール流路８ａの巻き終わり部１１と連通する出口流路９ａを形成する。出口流路９ａは、巻き終わり部１１から軸線Ｏを中心とした円の接線方向に延びている。出口流路９ａは、直線状に延びる円筒状に形成されている。ここで、出口流路形成部９は、図２に示す破線よりも出口側に配置されている部分を指している。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。図５は、図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
図３から図５に示すように、巻き終わり部１１の流れ方向に直交する断面において、舌部１２から巻き終わり部１１の上流側に向かって、巻き始め部１０が徐々に巻き終わり部１１に軸線Ｏを中心とする径方向で吸収されるように形成されている。そして、図３に示す断面では、巻き始め部１０と巻き終わり部１１とが交差する部分において、軸線Ｏを中心とした径方向で巻き終わり部１１、巻き始め部１０、ディフューザー部７Ａの順に並んで配置される。

図３に示すように、巻き始め部１０、および、巻き終わり部１１の流路断面形状は、円形に近い閉曲線により形成されている。例えば、説明の便宜上、これら巻き始め部１０と、巻き終わり部１１の形状が円形であると仮定すると、巻き始め部１０を形成する第一仮想円１０Ｋと、巻き終わり部１１を形成する第二仮想円１１Ｋとは、第一交点Ｐ１と第二交点Ｐ２との二つの交点で交差する。さらに、第一仮想円１０Ｋと、ディフューザー部７Ａの他方側（図３の下方側）の壁面７ｂを延長した面とは、第三交点Ｐ３で交差する。ここで、図３から図５において、巻き始め部１０の断面が軸線Ｏ方向に延びる長円となっているが、これは図３から図５に示す図が巻き始め部１０を斜めに切った断面の為である。

軸線Ｏ方向で、巻き始め部１０の最も他方側（図３の下方側）の端縁とディフューザー部７Ａの一方側（図３の上方側）の壁面７ｃとが第四交点Ｐ４で重なる。そして、巻き始め部１０は、上述した第一交点Ｐ１と第三交点Ｐ３との間、および、第二交点Ｐ２と第四交点Ｐ４との間をそれぞれ渡るようにして、第一仮想円１０Ｋ上に形成されている。

図４、図５に示すように、巻き始め部１０は、スクロール流路８ａの上流側に向かうほど軸線Ｏを中心とした径方向で、巻き終わり部１１の中心に近づく。そのため、上述した第一交点Ｐ１と第三交点Ｐ３との間の曲面長さは、徐々に短くなる。

さらに、図３から図５に示すように、軸線Ｏ方向におけるディフューザー部７Ａの他方側の壁面７ｂは、巻き終わり部１１の最も他方側の端部１１ａに対して接線方向に延びている。そして、第一仮想円１０Ｋとディフューザー部７Ａの他方側の壁面７ｂとが交わる第五交点Ｐ５と、端部１１ａとの間に、２つの凹曲面を備えて第一交点Ｐ１を頂点とする稜線部１３が形成される。

稜線部１３は、巻き終わり部１１において、スクロール流路８ａの上流側に向かって、言い換えれば巻き終わり部１１と巻き始め部１０とが重なるほど、軸線Ｏ方向における高さが徐々に低くなる。この稜線部１３は、スクロール流路８ａの流れ方向で、上述した第二仮想円１１Ｋが第一仮想円１０Ｋの中に完全に入り込んだ位置（図５よりも上流側の位置）で、実質的に高さがゼロとなる。この稜線部１３の頂点は、図２に示すように、舌部１２からスクロール流路８ａの上流側に向かって延びる曲線状の稜線を形成する。

上述したスクロール流路形成部８Ａは、膨出部１５Ａを備えている。この膨出部１５Ａは、軸線Ｏを中心とする周方向で、巻き始め部１０と巻き終わり部１１とが交差する部分に少なくとも形成されている。この膨出部１５Ａは、スクロール流路８ａの巻き終わり部１１側に形成されている。膨出部１５Ａは、巻き終わり部１１のスクロール流路８ａを、軸線Ｏを中心とした径方向で、巻き始め部１０側、言い換えれば軸線Ｏに近い側に向かって膨出させるように形成されている。

この第一実施形態における巻き終わり部１１の流路断面は、上述した第二仮想円１１Ｋのうち、その中心Ｏ２よりも軸線Ｏに近い側の半分が、第二仮想円１１Ｋの曲線よりも外側に配置される楕円状の曲線Ｄ１で形成されている。言い換えれば、巻き終わり部１１の流路断面は、円と楕円とを組み合わせた閉曲線により構成されている。この第一実施形態における曲線Ｄ１の楕円の半長軸Ｒ１は、軸線Ｏを中心とした径方向に広がる面内に延びて、楕円の半短軸Ｒ２は、軸線Ｏ方向に延びている。この楕円の短半径は、第二仮想円１１Ｋの半径ｒと同一とされている。ここで、上述した「膨出」とは、第二仮想円１１Ｋよりも軸線Ｏを中心とした径方向内側に膨らむように形成されていることを意味している。

このように膨出部１５Ａが形成されることで、膨出部１５Ａを形成する楕円状の曲線Ｄ１と、巻き始め部１０の第一仮想円１０Ｋとの第一交点Ｐ１’の位置は、上述した第一仮想円１０Ｋ、第二仮想円１１Ｋ同士の第一交点Ｐ１よりも軸線Ｏ方向で他方側（図３中、下方側）に位置する。言い換えれば、第一仮想円１０Ｋ、第二仮想円１１Ｋの第一交点Ｐ１を頂点とする稜線部１３よりも、楕円状の曲線Ｄ１と第二仮想円１１Ｋとの第一交点Ｐ１’を頂点とする稜線部１３’の高さは、稜線部１３，１３’の延びる方向の全域で、稜線部１３よりも、稜線部１３’の方が低くなる。

さらに、スクロール流路形成部８Ａは、軸線Ｏを中心とした周方向で、巻き始め部１０の端部を始点とすると、２７０度の角度位置から３６０度に向かって徐々に膨出するとともに、舌部１２（又は稜線部１３’）から出口流路９ａに渡って、徐々に膨出量が小さくなる膨出変化部１６を備えている。

ここで、上述した第一実施形態における巻き終わり部１１は、軸線Ｏに近い内周側の半分のみ膨出部１５Ａにより楕円形状に形成される場合について説明した。しかし、巻き終わり部１１のスクロール流路８ａの全体を楕円形状に形成しても良い。

したがって、上述した第一実施形態によれば、膨出部１５Ａを形成することで、巻き始め部１０と交わる部分の巻き終わり部１１の実質的な曲率半径を大きくすることができる。そのため、稜線部１３’の高さ（盛り上がり）を低く抑えて、ディフューザー流路７ａから軸線Ｏを中心とした径方向外側に向かって流れる流体（図２中、矢印で示す）が稜線部１３’に接触することに起因する剥離を抑制できる。その結果、大流量作動点における損失を低減して、効率改善を図ることが可能となる。

さらに、膨出部１５Ａが断面楕円形状の曲線Ｄ１を備えることで、軸線Ｏ方向のスクロール流路８ａの寸法を増大させることなしにスクロール流路８ａを膨出させることができる。
さらに、巻き終わり部１１よりも上流側の流れ方向に直交するスクロール流路８Ａの断面形状が円形である場合などに、膨出部１５Ａによって円滑にスクロール流路を膨出させることができる。

さらに、膨出変化部１６を有していることで、膨出部１５Ａと、膨出部１５Ａの上流側と下流側との少なくとも一方に向かってスクロール流路８ａを流れる流体が、スクロール流路形成部８Ａの内周面から剥離することを抑制できる。

（第二実施形態）
次に、この発明の第二実施形態を図面に基づき説明する。この第二実施形態は、上述した第一実施形態と膨出部の形状が異なるだけである。そのため第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。

図６は、この発明の第二実施形態における図３に相当する断面図である。
第二実施形態におけるコンプレッサハウジング４Ｂは、吸込み流路形成部５と、インペラ室形成部６と、ディフューザー部７Ａと、スクロール流路形成部８Ｂと、出口流路形成部９と、を主に備えている。

図６に示すように、スクロール流路形成部８Ｂは、スクロール流路８ｂを形成する。このスクロール流路８ｂは、軸線Ｏを中心とした周方向に延びるように形成され、その周方向の一端に巻き始め部１０、他端に巻き終わり部１１をそれぞれ有している。これら巻き始め部１０と巻き終り部１１とは、第一実施形態と同様に交差している。

スクロール流路形成部８Ｂは、膨出部１５Ｂを備えている。この膨出部１５Ｂは、第一実施形態の膨出部１５Ａと同様に、軸線Ｏを中心とする周方向で、巻き始め部１０と巻き終わり部１１とが交差する部分に少なくとも形成されている。この膨出部１５Ｂは、スクロール流路８ｂの巻き終わり部１１側に形成されている。膨出部１５Ｂは、巻き終わり部１１のスクロール流路８ｂを、軸線Ｏを中心とした径方向で、巻き始め部１０側（言い換えれば、内周側）に向かって膨出させている。

この第二実施形態における膨出部１５Ｂは、軸線Ｏに近い側に向かって最も膨出した頂点部３０が、軸線Ｏ方向における巻き終わり部１１の最大幅寸法の中間位置Ｗｍよりも、軸線Ｏ方向の一方側に配置されている。

軸線Ｏ方向において、巻き終わり部１１の最も一方側の点Ｐ６と最も他方側の点Ｐ７との長さを「Ｈ」とする。すると、点Ｐ７に対する軸線Ｏ方向における頂点部３０の距離ｈは、０．５Ｈよりも大きい（ｈ＞０．５Ｈ）。さらに、点Ｐ６と点Ｐ７とを通る仮想平面Ｋｈから頂点部３０までの最短距離Ｉは、０．５Ｈよりも大きくなっている（Ｉ＞０．５Ｈ）。

図６に示す膨出部１５Ｂは、距離ｈと最短距離Ｉとが同一とされており、頂点部３０から点Ｐ７に繋がる曲面の断面形状は、距離ｈおよび最短距離Ｉを半径ｒ２とする円弧状に形成されている。一方で、頂点部３０から点Ｐ６に繋がる曲面の断面形状は、最短距離Ｉを半長軸、長さＨと距離ｈとの差分を半短軸とする楕円弧状に形成されている。
この実施形態の一例において、軸線Ｏ方向におけるディフューザー部７Ａの寸法Ｗｄは、０．５Ｈよりも小さく形成されている。

ここで、上述した頂点部３０から点Ｐ７に繋がる曲面の途中には、ディフューザー流路７ａの出口であるディフューザー出口７ｄが形成されている。
この第二実施形態では、頂点部３０から点Ｐ７までを一つの円弧により形成する場合について説明した。しかし、頂点部３０から点Ｐ７までの断面曲線は、それぞれ半径の異なる複数の円弧の組合せにより形成しても良い。

ここで、大流量作動点では、ディフューザー部７Ａから吐出する流体の流量が増加する。そのため、この流体の流量を基準にすると、スクロール流路８Ｂの流路断面積が相対的に減少したことと同じになる。特に、巻き終わり部１１における流体の旋回成分（図６中、点Ｐ６近くに矢印で示す）が増加してしまう場合がある。この旋回成分の増加により、舌部１２においてディフューザー出口流れと、巻き終わり部１１をディフューザー出口７ｄに向かう旋回流とが干渉して、剥離を起こしてしまい損失が増大する可能性が有る。

しかし、上述した第二実施形態のように頂点部３０の位置を巻き終わり部１１の中間位置（０．５Ｈ）よりも一方側に配置することで、頂点部３０の位置を境にして一方側よりも他方側の曲率半径を大きくすることができる。そのため、この曲率半径の増加により楕円弧状の内周面に沿って流れる旋回流が、円弧状の内周面に垂直に近い形で衝突する。これにより旋回成分が減速される。その結果、旋回成分とディフューザー出口流れとの衝突（干渉）による剥離を抑制できる。

さらに、頂点部３０から点Ｐ５の間の内周面の実質的な曲率半径を第二仮想円１１Ｋよりも大きくできるため、第一実施形態と同様に、稜線部１３’の高さを抑えることができる。

（第二実施形態の変形例）
図７は、この発明の第二実施形態の変形例における図３に相当する断面図である。
上述した第二実施形態においては、頂点部３０から点Ｐ７の間を円弧状に形成された内周面で繋ぐ場合について説明した。しかし、この形状に限られるものでは無い。
図７に示す膨出部１５Ｃのように、例えば、頂点部３０と点Ｐ７との間に断面形状が直線状に形成された直線部３２Ｂを設けるようにしても良い。
このように構成することで、上述した第二実施形態と同様に、楕円弧状の内周面に沿って流れた旋回流を直線部３２Ｂに衝突させて、旋回流を減速させることができる。しかも直線部３２Ｂが直線状に形成されているため、第二実施形態の円弧状の場合よりも、より旋回流を阻害して減速させることができる。
この第二実施形態の変形例においては、頂点部３０と点Ｐ７との間に直線部３２Ｂを設ける場合について説明したが、直線部３２Ｂの位置はこの位置に限られない。例えば、直線部３２Ｂは、頂点部３０と点Ｐ６との間に設けても良い。また、直線部３２Ｂは、頂点部３０と点Ｐ７との間の一部に設けても良い。

（第三実施形態）
次に、この発明の第三実施形態を図面に基づき説明する。この第三実施形態は、上述した第二実施形態の変形例における直線部の位置を巻き終わり部１１よりも上流側において変化させている点でのみ相違する。そのため、第一実施形態、および、第二実施形態の変形例と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
図８は、この発明の第三実施形態におけるスクロール流路形成部の３６０度の位置における断面図である。図９は、この発明の第三実施形態におけるスクロール流路形成部の３１５度の位置における断面図である。図１０は、この発明の第三実施形態におけるスクロール流路形成部の２７０度の位置における断面図である。

図８から図１０に示すように、この第三実施形態におけるスクロール流路形成部８Ｃは、直線変化部３５を有している。この直線変化部３５は、巻き終わり部１１の上流側に形成されている。より具体的には、この実施形態における直線変化部３５は、スクロール流路８ｃの軸線Ｏを中心とする周方向で、２７０度から３６０度の範囲（図２参照）に形成されている。

直線変化部３５は、スクロール流路８ｃの流路断面の一部を直線状に形成する直線部３６を有している。直線変化部３５は、スクロール流路８ｃを上流側（２７０度）から下流側（３６０度）に向かうにつれて、軸線Ｏを中心とするスクロール流路形成部８Ｃの内周側を、直線部３６が軸線Ｏ方向の一方側から他方側に漸次移動するようにして形成されている。この直線部３６は、巻き終わり部１１に形成される第二実施形態の膨出部１５Ｃに形成される直線部３２Ｂと連続するように形成されている。ここで、上記流路断面における直線部３２Ｂの延びる方向は、旋回流（図８から図１０中、矢印で示す）に対して直交するように設けられている。なお、直線変化部３５が形成される箇所では、上述した膨出変化部１６も形成されているが、図８から図１０においては図示都合上省略している。

したがって、この第三実施形態によれば、巻き終わり部１１よりも上流側のスクロール流路８ｃにおいて、徐々に旋回流の旋回速度を低下させて、巻き終わり部１１の位置において旋回成分を十分に低下させることができる。

（第四実施形態）
次に、この発明の第四実施形態を図面に基づき説明する。この第四実施形態は、スクロール流路における巻き始め部の断面形状が上述した各実施形態と異なるだけである。そのため、第一から第三実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。

図１１は、この発明の第四実施形態における巻き始め部の断面図である。
この第四実施形態のスクロール流路形成部８Ｄは、スクロール流路８ｄの巻き始め部１０において、軸線Ｏを中心とする径方向で最も外側に配置される第一頂点部４０ａから、軸線Ｏ方向で、最も一方側に配置される第二頂点部４０ｂに向けて軸線Ｏ方向の流路幅ＷＤが漸次増加するように形成された再循環流抑制断面５０を有している。第二頂点部４０ｂは、軸線Ｏを中心とした径方向における最大流路幅Ｗｍａｘの中間位置よりも、径方向の内側に配置されている。

ここで、図１１に示すように、この実施形態における巻き始め部１０の第一頂点部４０ａは、軸線Ｏ方向における最大流路幅ＷＤｍａｘ、および、軸線Ｏを中心とした径方向における最大流路幅Ｗｍａｘの共通の中間点Ｃよりも、軸線Ｏ方向で他方側（図１１中、右側）に配置されている。
さらに、第二頂点部４０ｂは、軸線Ｏを中心とした径方向で中間点Ｃよりも内側に配置されている。すなわち、この実施形態におけるスクロール流路形成部８Ｄは、巻き始め部１０における流路断面形状が、三角形に類似する形状とされている。なお、巻き始め部１０の流路断面形状は、再循環抑制生断面５０を有していればよく、三角形に類似する形状には限られない。

この巻き始め部１０の流路断面形状は、スクロール流路８ｄの下流側に向かって徐々に円形に戻すようにしても良い。

したがって、上述した第四実施形態によれば、再循環流抑制断面５０を設けることで、第一頂点部４０ａから第二頂点部４０ｂに渡るスクロール流路８ｄの内周面をフラットに近づけることができる。そのため、小流量作動点において、巻き始め部１０のディフューザー出口流れが第一頂点部４０ａから素早く折り返されて第二頂点部４０ｂに至り、この第二頂点部４０ｂからディフューザー出口７ｄ側に戻すことができる。つまり、ディフューザー出口流れをスクロール流路８ｄの軸線Ｏを中心とした内周側に素早く戻すことができる。これにより、巻き始め部１０における流路断面形状を円形とした場合よりも、小流量作動点において、巻き終わり部１１から巻き始め部１０の内周側に流体が再循環することを抑制できる。

また、巻き終わり部１１については、上述した第一から第三実施形態の構成を採用することで、流体の剥離が生じることによる損失を抑制できる。その結果、小流量作動点と、大流量作動点との両方において、効率を向上することができる。

この発明は、上述した各実施形態や各変形例に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態や各変形例に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態や各変形例で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。

例えば、上述した各実施形態においては、オープン型のインペラ３を備える場合について説明したが、カバーを備えたいわゆるクローズインペラを用いても良い。
さらに、第一から第三実施形態においては、巻き始め部１０、巻き終わり部１１以外のスクロール流路８ａの流路断面形状が円形である場合について説明した。しかし、円形以外の閉曲線により構成されていても良い。

この発明は、圧縮機スクロール、および、遠心圧縮機に適用できる。この発明によれば、大流量作動点における効率改善を図ることが可能となる。

１Ａ…遠心圧縮機 ２…回転軸 ３…インペラ ３ａ…ディスク ３ｂ…ブレード ４Ａ，４Ｂ…コンプレッサハウジング ５…吸込み流路形成部 ５ａ…吸込み流路 ６…インペラ室形成部 ６ａ…空間 ６ｂ…内周面 ７Ａ…ディフューザー部 ７ａ…ディフューザー流路 ７ｂ…壁面 ７ｃ…壁面 ７ｄ…ディフューザー出口 ８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ…スクロール流路形成部 ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ…スクロール流路 ９…出口流路形成部 ９ａ…出口流路 １０…巻き始め部 １０Ｋ…第一仮想円 １１…巻き終わり部 １１Ｋ…第二仮想円 １２…舌部 １３，１３’…稜線部 １５Ａ，１５Ｂ…膨出部 １６…膨出変化部 Ｄ１…曲線 Ｒ１…半長軸 Ｒ２…半短軸 ２８…スクロール流路形成部 ３０…頂点部 ３２Ｂ…直線部 ３５…直線変化部 ３６…直線部 ４０ａ…第一頂点部 ４０ｂ…第二頂点部 ５０…再循環流抑制断面

Claims (9)

1. 軸線を中心とした周方向に延びて、巻き始め部と巻き終わり部とが交差して連通されるとともに、前記軸線方向の第一側、且つ前記軸線を中心とした径方向内側に形成されたディフューザー出口から流体が流入するスクロール流路を形成するスクロール流路形成部と、
   前記スクロール流路の前記巻き終わり部と連通し、前記軸線を中心とした円の接線方向に延びる出口流路を形成する出口流路形成部と、を備え、
   前記巻き終わり部の前記スクロール流路と直交する断面における少なくとも前記径方向の外側の内周面は、仮想円上に延びる円弧状とされ、
   前記スクロール流路形成部は、前記巻き始め部と巻き終わり部とが交差する部分における少なくとも前記巻き終わり部に、前記仮想円よりも前記径方向で前記巻き始め部側に向かって前記スクロール流路を膨出させる膨出部を備える圧縮機スクロール。
2. 前記膨出部から、前記スクロール流路の上流側と下流側との少なくとも一方に向かうにつれて前記膨出部の膨出が漸次低減される膨出変化部を備える請求項１に記載の圧縮機スクロール。
3. 前記膨出部は、前記軸線に近い側に向かって長軸が延びる断面楕円形状の曲面を備える請求項１又は２に記載の圧縮機スクロール。
4. 前記膨出部は、
   前記スクロール流路と直交する断面において最も前記軸線に近い側に膨出した頂点部が、前記軸線の延びる方向で前記巻き終わり部の最大幅寸法の中間位置よりも、前記軸線の延びる方向で前記第一側とは反対の第二側に配置されている請求項１から３の何れか一項に記載の圧縮機スクロール。
5. 前記膨出部は、
   その内周面のうち少なくとも一部に、前記スクロール流路に直交する断面形状が直線状に形成された直線部を備える請求項４に記載の圧縮機スクロール。
6. 前記膨出部は、
   前記軸線に近い側に最も膨出した頂点部から前記軸線方向の第一側に向かって前記直線部が形成されている請求項５に記載の圧縮機スクロール。
7. 前記膨出部から、前記スクロール流路の上流側に向かうにつれて前記直線部が、前記軸線方向の第二側から第一側に漸次移動するように形成された直線変化部を備えている請求項６に記載の圧縮機スクロール。
8. 前記巻き始め部は、
   前記軸線を中心とする径方向で最も外側に配置される第一頂点部から、前記軸線の延びる方向で、最も第二側に配置される第二頂点部に向けて前記軸線の延びる方向の流路幅が漸次増加するように形成され、
   前記第二頂点部は、前記径方向における最大流路幅の中間点よりも、前記径方向の内側に配置されている請求項１から７の何れか一項に記載の圧縮機スクロール。
9. 羽根車と、ディフューザーと、前記請求項１から８の何れか一項に記載の圧縮機スクロールと、を備える遠心圧縮機。

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