JP6642711B2

JP6642711B2 - 遠心圧縮機

Info

Publication number: JP6642711B2
Application number: JP2018525099A
Authority: JP
Inventors: 貴大上野; 渉佐藤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2020-02-12
Anticipated expiration: 2037-06-21
Also published as: JPWO2018003635A1; US20200173460A1; WO2018003635A1; CN109072941A; DE112017003318T5; CN109072941B; US11156228B2

Description

本開示は、遠心圧縮機に関するものである。

インペラの外周部に渦巻状のスクロールを配置した遠心圧縮機が知られている。この種の遠心圧縮機では、インペラによって圧縮された流体がディフューザを介してスクロールに導入され、スクロールで適宜に減速されて静圧回復が図られる（特開２０１２−１４０９００号公報参照）。スクロール内には螺旋状の流路が形成されており、流路の巻き終り部には吐出部が設けられている。流路の巻き始め部は吐出部に接続されており、吐出部を流れる流体の一部は巻き始め部から螺旋状の流路内に流入する。螺旋状の流路は、図心を一定にしつつ、巻き始め部から巻き終り部までの流れ方向において、面積が徐々に拡大するように形成されていた。

特開２０１２−１４０９００号公報

しかしながら、従来の遠心圧縮機では、特に大流量側作動点において、スクロールの吐出部から巻き始め部へ流入する流体の流れが流路内面から剥離してしまい、その剥離に起因した圧力損失が生じる可能性があった。

本開示は、スクロールの巻き始め部における流体の剥離を低減し、圧縮性能を向上できる遠心圧縮機を説明する。

発明者は、スクロールの巻き始め部における流体の剥離について検証したところ、巻き始め部の回転軸線に沿った流体の吸い込み側の流路内面において剥離が生じているとの知見を得た。更に、この原因について検証したところ、吐出部の流路内面と巻き始め部の流路内面とが鋭角に接続されている場合に、流体が流路内面から剥離し易いとの知見を得て本開示の態様に想到した。

本開示の一態様は、インペラと、インペラの周囲に配置され、且つインペラの回転方向に沿ったスクロール流路を含む流路が形成されたスクロールと、を備え、スクロールは、スクロール流路の巻き終り部に繋がる吐出部と、吐出部に接続された巻き始め部と、を備え、巻き始め部は、インペラの回転軸線に沿った方向の吸い込み側において、吐出部に対して鈍角に接続されている、遠心圧縮機である。

本開示の他の態様は、インペラと、インペラの周囲に配置され、且つインペラの回転方向に沿ったスクロール流路を含む流路が形成されたスクロールと、を備え、スクロールは、スクロール流路の巻き終り部に繋がる吐出部と、吐出部に接続された巻き始め部と、を備え、スクロール流路の回転軸線に沿った方向の内径は、巻き始め部から回転方向に沿って漸次縮小し、内径の最小部を超えると漸次拡大する、遠心圧縮機である。

本開示のいくつかの態様によれば、スクロールの巻き始め部における流体の剥離を低減し、圧縮性能を向上できる。

図１は、実施形態に係るコンプレッサを備えた過給機の断面図である。図２は、スクロールを示す斜視図である。図３は、スクロールを回転軸線に直交する面で切断した断面図である。図４は、スクロール内に形成された流路と、スクロール流路の仮想断面とを模式的に示す図である。図５は、第１の実施形態に係るスクロールにおいて、複数の異なる仮想断面におけるスクロール流路の外形線を重ね合わせて示す断層的な図である。図６は、図５に対応する図であり、（ａ）図はスクロール流路の内径、及び断面積がスクロール流路の回転方向に沿って縮小している領域を断層的に示す図であり、（ｂ）図は、拡大している領域を断層的に示す図である。図７は、図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。図８は、第２の実施形態に係るスクロールであり、（ａ）図は複数の異なる仮想断面におけるスクロール流路の外形線を重ね合わせて示す断層的な図であり、（ｂ）図は図７に対応する断面図である。図９は、第３の実施形態に係るスクロールであり、（ａ）図は複数の異なる仮想断面におけるスクロール流路の外形線を重ね合わせて示す断層的な図であり、（ｂ）図は図７に対応する断面図である。図１０は、比較形態に係るスクロールであり、（ａ）図は複数の異なる仮想断面におけるスクロール流路の外形線を重ね合わせて示す断層的な図であり、（ｂ）図は図７に対応する断面図である。図１１は、スクロールの回転角位置とスクロール静圧係数分布との相関関係を示す図である。図１２は、スクロールの回転角位置とスクロール流路の断面縦横比との相関関係を示す図である。

この態様に係る遠心圧縮機の巻き始め部は、インペラの回転軸線に沿った方向の吸い込み側において、吐出部に対して鈍角に接続されている。したがって、吐出部から巻き始め部に流入する流体が剥離し難くなり、圧縮性能の向上に有利である。

いくつかの態様において、スクロール流路の回転軸線に沿った方向の内径は、巻き始め部から回転方向に沿って漸次縮小し、内径の最小部を超えると漸次拡大する遠心圧縮機とすることができる。巻き始め部から回転方向に沿って漸次縮小するスクロール流路の内径とすることにより、吐出部に対して鈍角に接続された巻き始め部を容易に実現でき、流体の剥離を効果的に低減し易くなる。

いくつかの態様において、スクロール流路を、回転軸線を含む仮想面で切断した場合の断面積は、巻き始め部から回転方向に沿って漸次減少し、上記の最小部を超えると漸次拡大する遠心圧縮機とすることができる。巻き始め部から回転方向に沿って断面積が漸次縮小するスクロール流路とすることにより、吐出部に対して鈍角に接続された巻き始め部を容易に実現でき、流体の剥離を効果的に低減し易くなる。

いくつかの態様において、内径の最小部は、巻き始め部と吐出部との接続部に設けられた舌部を基準にして、回転角が３０°以下の範囲に配置されている遠心圧縮機とすることができる。流体の剥離は、巻き始め部と吐出部との接続部から回転角が３０°以下の範囲で生じており、この範囲に最小部を配置することで、スクロール本来の機能を損なうことなく剥離を効果的に低減するのに有利になる。

スクロール流路の回転軸線に沿った方向の内径が巻き始め部から回転方向に沿って漸次縮小していると、インペラの回転軸線に沿った方向の吸い込み側において、吐出部に対して鈍角に接続された巻き始め部を実現できることになる。その結果、吐出部から巻き始め部に流入する流体が剥離し難くなり、圧縮性能の向上に有利である。

また、いくつかの態様において、スクロール流路を、回転軸線を含む仮想面で切断した場合の断面積は、巻き始め部から回転方向に沿って漸次減少し、最小部を超えると漸次拡大する遠心圧縮機とすることができる。巻き始め部から回転方向に沿って断面積が漸次縮小するスクロール流路とすることにより、吐出部に対して鈍角に接続された巻き始め部を一層、確実に実現でき、流体の剥離を効果的に低減し易くなる。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

過給機１は、例えば、船舶や車両の内燃機関に適用されるものである。図１に示されるように、過給機１は、タービン２とコンプレッサ（遠心圧縮機）３とを備えている。タービン２は、タービンハウジング４と、タービンハウジング４に収納されたタービン翼車１６と、を備えている。コンプレッサ３は、コンプレッサハウジング５と、コンプレッサハウジング５に収納されたコンプレッサ翼車（インペラ）１７と、を備えている。タービン翼車１６は回転軸１４の一端に設けられており、コンプレッサ翼車１７は回転軸１４の他端に設けられている。タービンハウジング４とコンプレッサハウジング５との間には、軸受ハウジング１３が設けられている。回転軸１４は、軸受１５を介して軸受ハウジング１３に回転可能に支持されており、回転軸１４、タービン翼車１６及びコンプレッサ翼車１７が一体の回転体１２として回転軸線Ｘを中心に回転する。

タービンハウジング４には、排気ガス流入口（図示省略）及び排気ガス流出口１０が設けられている。内燃機関（図示せず）から排出された排気ガスは、排気ガス流入口を通じてタービンハウジング４内に流入し、タービン翼車１６を回転させ、その後、排気ガス流出口１０を通じてタービンハウジング４外に流出する。

コンプレッサハウジング５には、吸入部９及び排出部（図示省略）が設けられている。タービン翼車１６が回転すると、回転軸１４を介してコンプレッサ翼車１７が回転する。回転するコンプレッサ翼車１７は、吸入部９を通じて空気等の外部の流体（流体）を吸入し、圧縮して吐出部から吐出（圧送）する。排出部から排出された圧縮流体は、前述の内燃機関に供給される。

コンプレッサハウジング５は、コンプレッサ翼車１７の周囲に配置されたディフューザ６と、ディフューザ６の周囲に配置されたスクロール７Ａ（第１の実施形態）とを備えている。スクロール７Ａは、コンプレッサ翼車１７の回りを一重の渦巻状に配置されたボリュート部７１（図２参照）と、ボリュート部７１に一体的に設けられた吐出部７２とを備えている。スクロール７Ａにはディフューザ６から導入されるガスなどの流体が通過する流路５３が形成されており、スクロール７Ａは流路５３に面する流路内面７ａ，７ｂ（図７参照）を備えている。

図３、及び図４に示されるように、スクロール７Ａの流路５３は、ボリュート部７１の内部に形成されたスクロール流路５４と、スクロール流路５４に連通し、吐出部７２の内部に形成された吐出流路５５と、を備えている。スクロール流路５４はコンプレッサ翼車１７の回転方向Ｒｄに沿った流路であり、回転方向Ｒｄの終点側は、流体の流れに沿うように吐出流路５５に接続されている。また、スクロール流路５４の始点側は、吐出流路５５の側部に接続されている。なお、吐出流路５５の向きは、例えば、スクロール流路５４の終点側での接線方向に限定されず、周囲の機器や配管等の関係で適宜に湾曲等して向きが変わっていても良い。

ボリュート部７１は、スクロール流路５４の始点側である巻き始め部７１ａと、スクロール流路５４の終点側である巻き終り部７１ｂとを備えている。巻き終り部７１ｂには吐出部７２が繋がっている。また、巻き始め部７１ａは、スクロール流路５４が吐出流路５５の側部に接続される部分であり、巻き始め部７１ａの遠心方向である外方には、舌部７１ｃが形成されている。なお、スクロール流路５４内での回転方向Ｒｄに沿った流体の流れを基準にしてスクロール流路５４内での上流端と下流端とを仮定した場合、スクロール流路５４の始点側とは実質的に上流端となる部分を意味し、終点側とは実質的に下流端となる部分を意味する。

スクロール流路５４は、回転軸線Ｘを含み、且つ回転軸線Ｘに沿った断面において一例として略円形を成している。なお、以下の説明では、スクロール流路５４の回転方向Ｒｄ（図３における時計回り方向）の各位置を、巻き終り部７１ｂと回転軸線Ｘとを結ぶ直線を基準とした回転角で示す。例えば、０基準となる巻き終り部７１ｂは、回転角３６０°または回転角０°の位置として説明される。また、回転方向Ｒｄとは、スクロール流路５４における流体の流れ方向である。

巻き終り部７１ｂを０基準にして、一例として巻き始め部７１ａに相当する回転角５０°の位置には、舌部７１ｃが設けられている。スクロール流路５４では、ディフューザ６（図１参照）から導入された圧縮流体に対して一定の静圧回復を図る。ここで、スクロール流路５４内の流体の流れが流路内面７ａから剥離すると、所望の静圧回復が難しくなり、圧縮性能に影響を及ぼす。以下、本実施形態において、流体の剥離を抑止する要素、及びその機能について説明する。

図５は、スクロール７Ａにおいて、複数の異なる仮想断面Ｃｓ（図４参照）におけるスクロール流路５４の外形線Ｌ０、Ｌ１〜Ｌ１２を重ね合わせて示す断層的な図である。仮想断面Ｃｓとは、回転軸線Ｘを含む仮想面により、スクロール流路５４を切断したと仮定した場合の断面図である。仮想断面Ｃｓは、回転角に応じて区別されている。

具体的に説明すると、図５には、回転角５０°である舌部７１ｃにおけるスクロール流路５４の外形線Ｌ１、及び回転角３６０°である巻き終り部７１ｂにおけるスクロール流路５４の外形線Ｌ１２が示されている。更に、図５には、回転角６０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ２、回転角９０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ３、回転角１２０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ４、回転角１５０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ５、回転角１８０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ６、回転角２１０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ７、回転角２４０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ８、回転角２７０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ９、回転角３００°のスクロール流路５４の外形線Ｌ１０、回転角３３０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ１１が重ね合わせられて示されている。なお、図５には、スクロール流路５４が回転角３０°に存在していると仮定した場合の外形線Ｌ０、及びスクロール流路５４に流体を導入するディフューザ６の外形線Ｌｘも記載されている。

また、図６は、図５に示す各外形線Ｌ０、Ｌ１〜Ｌ１２を、回転方向Ｒｄに沿って縮小する領域と拡大する領域とに分けて示している。具体的には、図６の（ａ）は、外形線Ｌ０、外形線Ｌ１、及び外形線Ｌ２を示し、図６の（ｂ）は、外形線Ｌ３〜Ｌ１２を示している。なお、以下で使用する各外形線Ｌ１〜Ｌ１２の内径とは、スクロール流路５４の回転軸線Ｘに沿った方向の内径を意味する。また、各外形線Ｌ１〜Ｌ１２で囲まれた面積とは、それぞれスクロール流路５４において、回転軸線Ｘを含む仮想面で切断した場合の断面積を意味する。ここで、スクロール流路５４の回転軸線Ｘに直交する断面が非円形である場合などは、各外形線Ｌ１〜Ｌ１２の内径は、回転軸線Ｘに沿った軸方向長さと考えることができる。

図６の（ａ）図に示されるように、スクロール流路５４は、舌部７１ｃ（回転角５０°）での外形線Ｌ１の内径ｄ１よりも、回転角６０°の外形線Ｌ２の内径ｄ２の方が小さくなっている。一方で、外形線Ｌ２の内径ｄ２よりも、回転角９０°の外形線Ｌ３の内径ｄ３の方が大きくなっている。つまり、巻き始め部７１ａから回転角６０°の位置までは、スクロール流路５４の回転軸線Ｘ方向に沿った内径は漸次縮小しており、スクロール流路５４の回転軸線Ｘ方向に沿った内径の最小部は、回転角６０°の位置である。

また、回転角６０°を超えると外形線Ｌ４〜Ｌ１２は順番に拡大しており、回転角３６０°の外形線Ｌ１２の内径ｄ１２が最も大きくなっている。つまり、回転角６０°を超えるとスクロール流路５４の回転軸線Ｘに沿った方向の内径は漸次拡大しており、回転角３６０°におけるスクロール流路５４の回転軸線Ｘに沿った方向の内径ｄ１２は最大になっている。

また、スクロール流路５４は、舌部７１ｃ（回転角５０°）での外形線Ｌ１で囲まれた面積よりも、回転角６０°の外形線Ｌ２で囲まれた面積の方が小さくなっている。また、回転角６０°の外形線Ｌ２で囲まれた面積よりも、回転角９０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ３で囲まれた面積の方が大きくなっている。つまり、巻き始め部７１ａから回転角６０°の位置までは、スクロール流路５４の断面積は漸次縮小しており、スクロール流路５４の内径の最小部である回転角６０°の位置において断面積は最も小さくなっている。

また、回転角６０°を超えると各外形線Ｌ４〜Ｌ１２で囲まれた面積は順番に拡大しており、回転角３６０°の外形線Ｌ１２で囲まれた面積は最も大きくなっている。つまり、回転角６０°を超えるとスクロール流路５４の断面積は漸次拡大しており、回転角３６０°におけるスクロール流路５４の断面積は最大になっている。

次に、吐出部７２に対する巻き始め部７１ａの接続態様について説明する。上述の通り、巻き始め部７１ａからスクロール流路５４の内径、及び断面積は、最小部まで漸次縮小しており、最小部を超えると巻き終り部７１ｂまで漸次拡大している。特に、巻き始め部７１ａから最小部までの内径が漸次縮小することにより、結果として、巻き始め部７１ａは、回転軸線Ｘに沿った方向における流体の吸い込み側Ｂｄにおいて、吐出部７２に対して鈍角に接続された態様を実現している。

より詳細に説明すると、ディフューザ６の外形線Ｌｘ（図５及び図６参照）は、スクロール流路５４の各外形線Ｌ１〜Ｌ１２に対して一定（回転軸線Ｘに沿った方向を基準にして）であり、ディフューザ６の位置は揃っている。ここで、スクロール流路５４の回転軸線Ｘに沿った方向の内径のうち、一方の端部はディフューザ６に接続される位置となり、他方の端部は回転軸線Ｘに沿った流体の吸い込み側Ｂｄの端部（流路内面７ａ）になる。これを前提にした場合、巻き始め部７１ａの近傍では、スクロール流路５４の内径が巻き始め部７１ａから漸次縮小しており、結果として、回転軸線Ｘに沿った流体の吸い込み側Ｂｄの流路内面７ａが、吐出部７２の流路内面７ｂに対して鈍角α１で接続された態様となる。

以下、図７を参照して具体的に説明する。図７は、図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。図７に示されるように、巻き始め部７１ａの吸い込み側Ｂｄの流路内面７ａに沿った直線Ｌａと吐出部７２の吸い込み側Ｂｄの流路内面７ｂに沿った直線Ｌｂとを想定した場合に、直線Ｌａと直線Ｌｂとによって形成される内角（α１）は、９０°よりも大きな角度になっている。

なお、スクロール流路５４の各回転角の位置でディフューザ６の位置が揃っていない場合には、単純には鈍角α１を実現できない可能性がある。また、吐出部７２に接続される巻き始め部７１ａの位置等により、単純には鈍角α１を実現できない可能性もある。しかしながら、そのような場合であっても、スクロール流路５４の内径、あるいは内径が漸次縮小する割合を調整することにより、巻き始め部７１ａが鈍角α１で吐出部７２に接続された形態を実現することは可能である。

次に、吐出部７２に対して鈍角α１で接続された巻き始め部７１ａの作用、効果について、図７、及び図１０を参照して説明する。図１０は、比較形態に係るスクロール１７０であり、（ａ）図は複数の異なる仮想断面におけるスクロール流路１５４の外形線Ｌ０、Ｌ１〜Ｌ１２を重ね合わせて示す断層的な図であり、（ｂ）図は、吐出部７２０に接続された巻き始め部７１０ａの断面図である。比較形態に係るスクロール流路１５４は、回転角５０°での外形線Ｌ１における回転軸線に沿った方向の内径が最も小さく、内径は、巻き始め部７１０ａから巻き終り部にかけて漸次拡大し、同様に、断面積も漸次拡大している。また、比較形態に係る巻き始め部７１０ａは、回転軸線に沿った方向における流体の吸い込み側Ｂｄにおいて、吐出部７２０に対して鋭角βに接続されている。

吐出部７２０を通過する流体の一部は、例えば、吐出部７２０の流路内面７０ｂの周方向に沿って流れ（図１０の（ｂ）の矢印Ｙｂ参照）、巻き始め部７１０ａを通過してスクロール流路１５４に流入する。ここで、吐出部７２０に対して巻き始め部７１０ａが鋭角βに接続されていると、流体はスクロール流路１５４側の流路内面７０ａに沿った流れに移行できず、流路内面７０ａから剥離し易くなってしまう。

一方、本実施形態（図７参照）では、吐出部７２に対して巻き始め部７１ａが鈍角α１で接続されており、吐出部７２の流路内面７ｂの周方向に沿った流れ（図７の矢印Ｙａ参照）は、スクロール流路５４側の流路内面７ａに沿った流れを形成し易く、流路内面７ａから剥離し難くなる。

次に、図８、図９、及び図１２を参照し、第２の実施形態に係るスクロール７Ｂ、及び第３の実施形態に係るスクロール７Ｃについて説明する。なお、第２の実施形態に係るスクロール７Ｂ及び第３の実施形態に係るスクロール７Ｃは、第１の実施形態に係るスクロール７Ａが適用されたコンプレッサ（遠心圧縮機）３に適用されている。また、第２の実施形態に係るスクロール７Ｂ、及び第３の実施形態に係るスクロール７Ｃは、基本的に第１の実施形態に係るスクロール７Ａと同一の要素や構造については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

第２の実施形態に係るスクロール７Ｂは、巻き始め部７１ａから回転角６０°の位置までは、スクロール流路５４の回転軸線Ｘ方向に沿った内径、及び断面積は漸次縮小している。更に、回転角６０°を超えるとスクロール流路５４の回転軸線Ｘに沿った方向の内径、及び断面積は漸次拡大している。スクロール流路５４の回転軸線Ｘに沿った方向の内径の最小部は、回転角６０°の位置である。スクロール７Ｂの巻き始め部７１ａは、流体の吸い込み側Ｂｄにおいて、吐出部７２に対して鈍角α２となるように接続されている。

第３の実施形態に係るスクロール７Ｃは、巻き始め部７１ａから回転角６０°の位置までは、スクロール流路５４の回転軸線Ｘ方向に沿った内径は漸次縮小しているが、断面積は一定である。この断面積は、比較形態に係るスクロール１７０の回転角６０°の位置での断面積と同一である。また、スクロール７Ｂは、回転角６０°を超えるとスクロール流路５４の回転軸線Ｘに沿った方向の内径、及び断面積は漸次拡大している。スクロール流路５４の内径の最小部は、回転角６０°の位置である。スクロール７Ｃの巻き始め部７１ａは、流体の吸い込み側Ｂｄにおいて、吐出部７２に対して鈍角α３となるように接続されている。

図１２は、スクロール流路の回転角位置とスクロール流路の断面縦横比との相関関係を示す図であり、各実施形態に係るスクロール７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、及び比較形態に係るスクロール１７０を比較して示している。図１２に示されるように、各実施形態、及び比較形態において、回転角９０°を超えるとスクロール流路の断面縦横比は１．２程度で一定となる。つまり、回転角９０°を超えるとスクロール流路の断面形状は略相似形になることが示されている。なお、スクロール流路の断面縦横比とは、回転軸線Ｘに直交する方向の最大幅に対するスクロール流路の内径の比率である。例えば、スクロール流路５４の外形線Ｌ２における断面縦横比Ｄｒは、回転軸線Ｘに直交する方向の最大長さＬe２（図６参照）に対する内径ｄ２であり、以下の式（１）となる。

Ｄｒ＝ｄ２／Ｌe２・・・（１）

また、回転角５０°〜回転角９０°の範囲においても、第１の実施形態に係るスクロール７Ａ、第２の実施形態に係るスクロール７Ｂ、及び比較形態に係るスクロール１７０の断面縦横比は１．２程度で一定である。一方で、第３の実施形態に係るスクロール７Ｃの断面縦横比は１．５５程度から１．２程度にまで減少している。つまり、第３の実施形態に係るスクロール７Ｃの場合、回転角５０°における回転軸線Ｘに沿った内径は、他の実施形態や比較形態に比べて長い縦長形状であることが示されている。

比較形態に係るスクロール１７０に比べ、上記の各実施形態に係るスクロール７Ａ、７Ｂ、７Ｃによれば、以下の効果を享受できる。つまり、比較形態に係るスクロール１７０の場合、特に、大流量側作動点では、吐出部７２０の流体が巻き始め部７１０ａを通過してスクロール流路１５４内に流入する際、スクロール流路１５４側の流路内面７０ａから剥離する可能性が高い。一方で、本実施形態に係るスクロール７Ａ、７Ｂ、７Ｃによれば、巻き始め部７１ａでの流体の剥離を効果的に低減でき、圧縮性能を向上できる。

また、各実施形態に係るスクロール流路５４の回転軸線Ｘに沿った方向の内径は、巻き始め部７１ａから回転方向Ｒｄに沿って漸次縮小し、最小部を超えると漸次拡大している。この形態にすることで、吐出部７２に対して鈍角α１、α２、α３に接続された巻き始め部７１ａを容易に実現でき、流体の剥離を効果的に低減し易くなる。

また、第１、及び第２の実施形態に係るスクロール流路５４について、回転軸線Ｘを含む仮想面で切断した場合の断面積は、巻き始め部７１ａから回転方向Ｒｄに沿って漸次減少し、内径の最小部を超えると漸次拡大する。この形態にすることで、吐出部７２に対して鈍角α１、α２に接続された巻き始め部７１ａを容易に実現でき、流体の剥離を効果的に低減し易くなる。

また、各実施形態に係る舌部７１ｃは、巻き始め部７１ａと吐出部７２との接続部に設けられている。一例として、舌部７１ｃの位置は、上述の通り、巻き終り部７１ｂと回転軸線Ｘとを結ぶ直線を基準とした場合には、回転角５０°の位置として示すことができる。また、各実施形態に係るスクロール流路５４の内径の最小部は、回転角６０°の位置として示すことができる。そして、これらの回転角は、舌部７１ｃを基準にした回転角に置き換えて定義することもできる。つまり、舌部７１ｃを基準にした場合には、舌部７１ｃの位置は回転角０°の位置として示すことができ、また、スクロール流路５４の内径の最小部は、回転角１０°の位置として示すことができる。巻き始め部７１ａでの流体の剥離は、舌部７１ｃを基準にした場合、回転角が３０°以下の範囲で生じ易い。したがって、スクロール流路５４の内径の最小部は、舌部７１ｃを基準にして回転角が３０°以下の範囲が望ましく、この範囲に内径の最小部を配置することで、スクロール７Ａ、７Ｂ、７Ｃの本来の機能を損なうことなく剥離を効果的に低減するのに有利になる。

上記は、主に、大流量側作動点での効果であり、これに対し、小流量側作動点では、別の配慮が必要となる。つまり、小流量側作動点では、巻き始め部での剥離は生じ難くなるが、舌部付近での静圧が低くなり、例えば、比較形態に係るスクロール１７０における回転方向（周方向）の静圧分布において、非軸対称性が強くなる。その結果、スクロール１７０の上流に存在するコンプレッサ翼車及びディフューザに影響を及ぼし、圧縮性能を低下させる可能性がある。

小流量側作動点での静圧分布の非軸対称性を解消するには、巻き始め部７１ａにおけるスクロール流路の断面積を拡大することが有効であるが、不用意に断面積を拡大すると、大流量側作動点での課題、つまり、巻き始め部での剥離を生じさせてしまう。

これに対し、第１、及び第２の実施形態に係るスクロール７Ａ、７Ｂでは、大流量側作動点での課題を克服しつつ、一方で、比較形態に係るスクロール１７０に比べ、巻き始め部７１ａにおけるスクロール流路５４の断面積を広げることで小流量側作動点での課題にも対応し易くなる。

図１１は、スクロールの回転角位置とスクロール静圧係数分布との相関関係を示す図である。ここで、例えば、巻き始め部７１ａ（回転角５０°）における静圧係数と巻き終り部７１ｂ（回転角３６０°）における静圧係数とを比較した場合、静圧係数の差が小さい方ほど、静圧分布の非軸対称性は小さいと言える。図１１を参照すると、第１、及び第２の実施形態に係るスクロール７Ａ、７Ｂは、比較形態に係るスクロール１７０にくらべて静圧分布の非軸対称性は小さい。また、第３の実施形態に係るスクロール７Ｃも、比較形態に係るスクロール１７０にくらべて静圧分布の非軸対称性は小さくなり、適切な設定によって、静圧分布の非軸対称性を更に小さくすることは可能である。

本開示は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、各実施例の変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

また、本開示は、自動車用過給機に適用されるものに限定されず、船舶その他に適用されてもよい。更に、過給機以外の遠心圧縮機に適用されてもよい。

７Ａ，７Ｂ，７Ｃスクロール
１７コンプレッサ翼車
５４スクロール流路
７１ａ巻き始め部
７１ｂ巻き終り部
７１ｃ舌部
７２吐出部
α１、α２、α３鈍角
Ｂｄ吸い込み側
Ｘ回転軸線

Claims

インペラと、
前記インペラの周囲に配置され、且つ前記インペラの回転方向に沿ったスクロール流路を含む流路が形成されたスクロールと、を備え、
前記スクロールは、前記スクロール流路の巻き終り部に繋がる吐出部と、前記吐出部に接続された巻き始め部と、を備え、
前記巻き始め部は、前記インペラの回転軸線に沿った方向における流体の吸い込み側において、吐出部に対して鈍角に接続されており、
前記スクロール流路の前記回転軸線に沿った方向の内径は、前記巻き始め部から前記回転方向に沿って漸次縮小し、前記内径の最小部を超えると漸次拡大する、遠心圧縮機。
前記スクロール流路を、前記回転軸線を含む仮想面で切断した場合の断面積は、前記巻き始め部から前記回転方向に沿って漸次減少し、前記最小部を超えると漸次拡大する、請求項１記載の遠心圧縮機。
前記最小部は、前記巻き始め部と前記吐出部との接続部に設けられた舌部を基準にして、回転角が３０°以下の範囲に配置されている、請求項１記載の遠心圧縮機。
前記最小部は、前記巻き始め部と前記吐出部との接続部に設けられた舌部を基準にして、回転角が３０°以下の範囲に配置されている、請求項２記載の遠心圧縮機。
インペラと、
前記インペラの周囲に配置され、且つ前記インペラの回転方向に沿ったスクロール流路を含む流路が形成されたスクロールと、を備え、
前記スクロールは、前記スクロール流路の巻き終り部に繋がる吐出部と、前記吐出部に接続された巻き始め部と、を備え、
前記スクロール流路の回転軸線に沿った方向の内径は、前記巻き始め部から回転方向に沿って漸次縮小し、前記内径の最小部を超えると漸次拡大する、遠心圧縮機。
前記スクロール流路を、前記回転軸線を含む仮想面で切断した場合の断面積は、前記巻き始め部から前記回転方向に沿って漸次減少し、前記最小部を超えると漸次拡大する、請求項５記載の遠心圧縮機。