(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボ機械の動作条件のスクロールの効率の依存性を減少させるために、特にターボ機械が設計点から遠くで動作するときの損失を減少させるために、遠心圧縮機などのターボ機械のスクロールまたは渦巻きについての改善に関する。【解決手段】流体圧縮機とともに使用するためのスクロールを記述する。スクロール（１３）は、流体の流れを受けることに適応した流体インレット（１７）と、流体の流れを排出することに適応した流体アウトレットとを備える。スクロール（１３）は、内側流れ容積（２１）を画定しているスクロール形状の壁（１９）をさらに備える。少なくとも１つのブレード（１５）が、スクロールの内側流れ容積（２１）内に設けられる。ブレード（１５）は、スクロールが設計から外れた条件で動作しているときに、流れ容積内の流体の流れの方向を正すために構成されかつ配置される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体圧縮機（１０）とともに使用するためのスクロール（１３）であって、
流体の流れを受けることに適応した流体インレット（１７）と、
前記流体の流れを排出することに適応した流体アウトレット（２３）と、
内側流れ容積（２１）を画定するスクロール形状の壁（１９）と、
前記スクロール（１３）が設計から外れた条件で動作しているときに、前記内側流れ容積（２１）内の前記流体の流れの方向を正すために前記スクロール形状の壁（１９）から突き出している前記内側流れ容積（２１）内の少なくとも１つのブレード（１５）と
を備える、スクロール（１３）。
【請求項２】
複数のブレード（１５）が、前記内側流れ容積（２１）の円形の展開の少なくとも一部分に沿って、前記スクロール（１３）の前記内側流れ容積（２１）内に配置される、請求項１記載のスクロール（１３）。
【請求項３】
前記ブレード（１５）が、前記スクロール（１３）の周りに一定の間隔にしたがって配置される、請求項２記載のスクロール（１３）。
【請求項４】
各ブレード（１５）が、変動する動作条件において流体速度の軸成分と接線成分との間の比率の変動を少なくとも減少させるように向けられかつ構成される、請求項１乃至３のいずれか１項記載のスクロール（１３）。
【請求項５】
各ブレード（１５）が、前記流体インレット（１７）に近接して位置する前縁部（１５Ｌ）から後縁部（１５Ｔ）まで前記壁に沿って延伸する、請求項１乃至４のいずれか１項記載のスクロール（１３）。
【請求項６】
各ブレード（１５）が、軸方向に対して傾斜を有する、請求項１乃至５のいずれか１項記載のスクロール（１３）。
【請求項７】
各ブレード（１５）が、軸方向に対してある角度を形成し、前記角度が前記ブレード（１５）の前記前縁部（１５Ｌ）から前記後縁部（１５Ｔ）へと変化する、請求項１乃至６のいずれか１項記載のスクロール（１３）。
【請求項８】
前記ブレード（１５）と前記軸方向との間の前記角度が、前記前縁部（１５Ｌ）から前記後縁部（１５Ｔ）へと増加する、請求項７記載のスクロール（１３）。
【請求項９】
各ブレード（１５）が、前記スクロール形状の壁（１９）の半径方向の外側部分から半径方向に内側に向かって延伸する、請求項１乃至８のいずれか１項記載のスクロール（１３）。
【請求項１０】
各ブレード（１５）が、前記流れの前記方向に対して横向きに配置される、請求項１乃至９のいずれか１項記載のスクロール（１３）。
【請求項１１】
前記ブレード（１５）のうちの少なくとも１つが、接線方向に対して調節可能な傾斜を有する、請求項１乃至１０のいずれか１項記載のスクロール（１３）。
【請求項１２】
少なくとも１つのインペラ（７）と、請求項１乃至１１のいずれか１項記載のスクロール（１３）とを備え、前記スクロール（１３）が前記インペラ（７）から流体の流れを受けるために配置される、圧縮機（１０）。
【請求項１３】
前記インペラ（７）から前記流体の流れを受けるために構成されかつ配置され、前記スクロール（１３）の前記流体インレット（１７）へ前記流体の流れを向ける、前記インペラ（７）と前記スクロール（１３）との間のディフューザ（９）をさらに備える、請求項１２記載の圧縮機（１０）。
【請求項１４】
前記ディフューザ（９）が、ブレードを付けられている、請求項１３記載の圧縮機（１０）。
【請求項１５】
圧縮機（１０）を動作させる方法であって、
少なくとも１つの回転するインペラ（７）を用いて流体の流れを発生させるステップと、
前記圧縮機（１０）が、前記圧縮機（１０）通る変動する流量条件によって誘起される流体の流れ速度の軸成分と接線成分との間の比率の変動を減少させるように、設計から外れた条件で動作するときに、スクロール（１３）内の前記流体の流れの前記方向を修正するためにスクロール形状の壁（１９）から突き出している少なくとも１つのブレード（１５）を使用して前記スクロール（１３）通る前記流体の流れを案内するステップと
を含む、方法。
【請求項１６】
前記スクロール（１３）内に複数のブレード（１５）を配置するステップをさらに含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのブレード（１５）によって、前記圧縮機（１０）が設計流量よりも上の流量で動作している場合に、前記流体の流れの接線速度成分を増加させ、前記圧縮機（１０）が前記設計流量よりも下の流量で動作している場合に、前記流体の流れの接線速度成分を減少させるステップを含む、請求項１５または１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書において開示する主題は、ターボ機械に対する改良に関する。より具体的には、本明細書において開示する主題は、遠心圧縮機などのターボ機械用のスクロールまたは渦巻きに対する改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機は、産業分野およびやはり航空機分野における多種多様な用途において使用されている。
【０００３】
圧縮機は、通常、１つまたは複数の連続的に配置された段落を備え、各々の段落が回転するインペラおよびディフューザから構成される。ガスは、インペラを通って流れ、インペラの回転によって加速される。ガスの運動エネルギーは、ディフューザにおいて圧力エネルギーへと少なくとも一部が変換される。ディフューザを出るガスを、次に続くインペラのインレットに戻す。最後のインペラのディフューザを出るガスを、渦巻きまたはスクロールへと配送し、スクロールでは、圧縮ガスを集め、そして圧縮機のアウトレットへ運ぶ。
【０００４】
図１は、現在の技術の多段遠心圧縮機１００の回転軸Ａ−Ａに沿った断面を図示している。圧縮機は、ケーシング１０１を備え、その中にロータ１０３を回転可能に収容する。ロータ１０３は、シャフト１０５を備え、その上にインペラ１０７Ａ〜１０７Ｇを装着する。各インペラ１０７Ａ〜１０７Ｇを、順にディフューザ１０９Ａ〜１０９Ｇと結合する。戻り流路１１１Ａ〜１１１Ｆを、各ディフューザ１０９Ａ〜１０９Ｆの下流側に配置する。各戻り流路１１１Ａ〜１１１Ｆは、上流側のディフューザ１０９から下流側のインペ
ラ１０７のインレットへ部分的に圧縮されたガスを戻す。
【０００５】
最後のインペラ１０７Ｇおよび最後のディフューザ１０９Ｇを出るガスは、渦巻きまたはスクロール１１３に集められ、そこからガスを圧縮機アウトレット（図示せず）へと配送する。
【０００６】
圧縮機を、最大効率が実現される設計点のところでまたはその付近で動作するように設計する。動作条件が変動するときに、圧縮機は、今まで通り動作し、例えば、より少ない量のガスまたはより多くの量のガスを処理するが、圧縮機の総合効率は低下する。設計点から遠くのところで動作するときの効率の損失は、ガス流の速度ベクトルが変更されることに一部が連動する様々な要因によって引き起こされる。
【０００７】
ディフューザ１０９Ｇを出るガス流量が設計された量とは異なるときには、損失が、特に渦巻きまたはスクロール１１３おいてやはり生じる。インペラ１０７Ｇを出るガスは、接線成分および半径方向成分を含む速度ベクトルを有する。半径方向成分は、ディフューザ１０９Ｇ内のガスの実際の前進に寄与し、一方で接線成分は損失を引き起こす。逆が、渦巻きまたはスクロール１１３において生じ、そこでは、接線成分がアウトレットに向かってスクロールを通るガスの前進に寄与し、一方でガス速度の軸成分が流れに渦を発生させ、結果として損失を発生させる。
【０００８】
ターボ機械の動作条件のスクロールの効率の依存性を減少させるために、特にターボ機械が設計点から遠くで動作するときの損失を減少させるために、遠心圧縮機などのターボ機械のスクロールまたは渦巻きについての改善に関する必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０７１５４９号明細書
【発明の概要】
【００１０】
第１の態様によれば、本開示は、圧縮機とともに使用するためのスクロールに関する。スクロールは、流体の流れを受けることに適応した流体インレットと、流体の流れを排出することに適応した流体アウトレットと、ならびに内側流れ容積を画定するスクロール形状の壁とを備える。流体を、乾燥ガス、またはウェットガス、すなわち、例えば、液滴の形態のわずかな液体を含有するもの、とすることができる。
【００１１】
本開示によれば、スクロールには、スクロールの内側流れ容積内に少なくとも１つのブレードが設けられる。ブレードは、スクロールが設計から外れた条件で動作しているときに、前記流れ容積内の流体の流れの方向を正すためにスクロール形状の壁から突き出す。ブレードは、流量の変動に際して、流体速度の軸成分と接線成分との間の比率を一定に維持するように、または流量の変動によって誘起されるこのような変動を少なくとも減少させるように有利には構成される。スクロールの効率を、スクロールの、したがってスクロールが配置されている圧縮機の動作条件に余り依存しないようにする。いくつかの実施形態の説明から明らかになるであろうように、ブレードは、スクロールが設計から外れた条件で動作しているときに流れの方向を正し、このように、設計点動作における速度方向に対するスクロール内の速度方向のずれを少なくとも減少させる。
【００１２】
好ましくは、複数のブレードを、スクロールの延伸部分に沿って設け、その結果、複数のガイドベーンをブレードで画定する。複数のブレードを配置することは、流体の流れ方向についてのブレードの効果を改善する。
【００１３】
さらなる態様によれば、本開示は、圧縮機の設計から外れた動作によって引き起こされる、スクロール効率についての負の効果を減少させるために、スクロール内に配置されかつスクロール内のガイドベーンを画定する１つまたは複数のブレードを備えるスクロールを有する、遠心圧縮機などの圧縮機に関する。
【００１４】
また、さらなる態様によれば、圧縮機を動作させる方法を、本明細書において開示し、前記方法は、少なくとも１つの回転するインペラを用いて流体の流れを発生させるステップと、圧縮機の設計から外れた動作によって引き起こされる流れ速度の軸成分と接線成分との間の比率の変動を減少させるように、圧縮機が設計から外れた条件で動作するときに、スクロール内の流体の流れの方向を修正するためにスクロール形状の壁から突き出している少なくとも１つのブレードを使用してスクロールを通る前記流体の流れを案内するステップとを含む。
【００１５】
特徴および実施形態を、ここでは下記に開示し、本説明の不可欠な部分を形成する別記の特許請求の範囲においてさらに記述する。上記の簡単な説明は、下記に続く詳細な説明をより良く理解することができるように、そして技術に対する本発明の寄与をより良く認識できるように、本発明の様々な実施形態の特徴を記述する。当然のことながら、以降に説明され、別記の特許請求の範囲において記述されるであろう発明の他の特徴がある。この点で、詳細に発明のいくつかの実施形態を説明する前に、下記の説明に記述したまたは図面に図示した構成要素の構成の詳細および構成要素の配置に、発明の様々な実施形態がその応用において制限されないことが理解される。発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施し実行することが可能である。また、本明細書において利用する表現法および術語は、説明のためであり、限定するようには見なされるべきではないことを理解されたい。
【００１６】
それはそうとして、本発明のいくつかの目的を実行するための他の構造、方法、および／またはシステムを設計するための基礎として、開示が基づく概念を容易に利用することができることを、当業者なら認識するであろう。したがって、等価な構成が本発明の精神および範囲から逸脱しない限り、特許請求の範囲がこのような等価な構成を含むように考えられることが重要である。
【００１７】
発明の開示した実施形態およびその付随する利点の多くのより完全な認識は、添付した図面と併せて考えると下記の詳細な説明を参照することによって同じことがより良く理解されるようになるので、容易に得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】現在の技術の多段遠心圧縮機の断面図である。
【図２】本明細書において開示する主題を具体化している遠心多段圧縮機の断面図である。
【図２Ａ】図２の圧縮機の渦巻きまたはスクロールの拡大図である。
【図３】本開示によるスクロールの代替実施形態の模式的断面図である。
【図４】本開示によるスクロールの代替実施形態の模式的断面図である。
【図５】本開示によるスクロールの一部分の斜視断片図である。
【図６】ガイドベーン内のおよびガイドベーンを画定するブレードの周りの様々な流れの状態を示している、ガイドベーンを有するスクロールの一部分の模式図である。
【図７Ａ】本明細書において開示するようなガイドベーン配置を有するスクロールの図および詳細図である。
【図７Ｂ】本明細書において開示するようなガイドベーン配置を有するスクロールの図および詳細図である。
【図７Ｃ】本明細書において開示するようなガイドベーン配置を有するスクロールの図および詳細図である。
【図８】スクロール内のガイドベーン有無による最終圧縮機段のディフューザインレットのところでの流れ角に対するスクロールの損失係数の図である。
【図９】スクロール内のガイドベーン有無による最終圧縮機段のディフューザインレットのところでの流れ角に対するスクロールの損失係数の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
例示的な実施形態の下記の詳細な説明では、添付した図面を参照する。異なる図面中の同じ参照番号は、同じ要素または類似の要素を特定する。加えて、図面は、必ずしも正確な縮尺で描かれる必要はない。また、下記の詳細な説明は、発明を限定しない。代わりに、発明の範囲は、別記の特許請求の範囲によって規定される。
【００２０】
明細書全体を通して、「一実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「１つの実施形態（ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「いくつかの実施形態（ｓｏｍｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」という参照は、実施形態に関連して説明した特定の特徴、構造または特性が、開示した主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、明細書全体を通して様々な場所で「一実施形態では」または「１つの実施形態では」または「いくつかの実施形態では」という句が現れることは、同じ実施形態を必ずしも参照する必要はない。さらに、特定の特徴、構造または特性を、１つまたは複数の実施形態においていずれかの適切な様式に組み合わせることができる。
【００２１】
図２は、本明細書において開示する主題を具体化している多段遠心圧縮機１０の回転軸Ａ−Ａに沿った断面図を模式的に図示している。圧縮機は、ケーシング１を備え、その中にロータ３を回転可能に収容する。ロータ３は、シャフト５を備え、その上にインペラ７Ａ〜７Ｇを搭載する。各インペラ７Ａ〜７Ｇを、順にディフューザ９Ａ〜９Ｇと結合させる。戻り流路１１Ａ〜１１Ｆを、各ディフューザ９Ａ〜９Ｇの下流側に配置する。各戻り流路１１Ａ〜１１Ｆは、上流側のディフューザ９から下流側のインペラ７のインレットへ部分的に圧縮されたガスを戻す。
【００２２】
最後のインペラ７Ｇおよび最後のディフューザ９Ｇを出るガスは、渦巻きまたはスクロール１３に集められ、そこからガスを圧縮機アウトレット（図示せず）へ配送する。
【００２３】
本開示によれば、設計から外れた動作条件におけるスクロール効率を改善するために、圧縮機の全体を通して変動する流量によって引き起こされる流れ方向の変動に起因する損失を減少させるために配置されかつ構成された少なくとも１つのブレードを、スクロール内に設ける。
【００２４】
図２の圧縮機について示したように、特に有利な実施形態では、スクロールまたは渦巻き１３は、複数のブレード１５を備える。ブレード１５を、一定の間隔で配置することができる。他の実施形態によれば、ブレードの間隔は、スクロールの伸長部分に沿って変わることがある。ブレード１５は、その間にガイドベーンを画定する。
【００２５】
いくつかの実施形態によれば、スクロール１３は、流体インレット１７（特に、図２Ａ、図３および図４を参照）を備え、流体インレット１７は最終圧縮機段のディフューザ９Ｇと流体連通している。スクロール１３は、スクロール形状の壁１９をさらに備えることができ、スクロール形状の壁１９は、内側流れ容積２１を画定し、内側流れ容積の中にブレード１５がスクロール形状の壁１９から突き出す。図７Ｂおよび図７Ｃの模式図に最も良く示されているように、スクロール１３の内側流れ容積２１は、流体インレット１７からスクロールに入る増加する量のガスを収容するために徐々に大きくなる断面を有している。他の実施形態によれば、図示しないが、スクロールの断面は一定のままであってもよい。内側流れ容積２１は、流体アウトレット２３と流体連通しており、流体アウトレットは圧縮機アウトレットまたは配送マニフォールド（図示せず）と合流する。
【００２６】
いくつかの実施形態では、ブレード１５は、前縁部１５Ｌから後縁部１５Ｔへと延伸する、図７Ａ参照。前縁部１５Ｌは、流体インレット１７に近接し、一方で後縁部１５Ｔは、流体インレットから遠い。いくつかの実施形態では、ブレード１５を、スクロール形状の壁１９の一部分に沿って配置し、その一部分は、スクロール形状の壁１９の半径方向に最も外側の領域に、すなわち、圧縮機ロータ３の回転軸Ａ−Ａから遠くに位置する。
【００２７】
有利な実施形態では、ブレード１５は、軸方向および接線方向に対して傾斜し、これはそれぞれ矢印Ａおよび矢印Ｔによって模式的に表されている（図６、図７Ａ）。Ｒは半径方向を示す。
【００２８】
ブレード１５の傾きを、図６および図７Ａを見ると最も良く認識することができる。いくつかの実施形態では、ブレード１５のカンバ線は、前縁部、すなわち、スクロール１３内を流れるガス流が出会う最初の端部のところで接線方向Ｔと角度α１を形成する。ブレード１５またはそのカンバ線は、ブレード１５の後縁部１５Ｔのところで角度α２を接線方向Ｔと形成する。角度α２は、通常、角度α１とは異なり、好ましくはα１よりも小さい。
【００２９】
他の実施形態では、ブレード１５を直線とすることができ、そのケースでは、ブレードは、後縁部および前縁部の両方のところで接線方向Ｔと同じ角度を形成するであろう。
【００３０】
図３および図４に見ることができるように、ブレード１５を、様々なスクロール設計に対して設けることができる。図３には、内部スクロールが示され、一方で図４には、外部スクロールが図示されている。両方のケースにおいて、ブレード１５を、スクロール形状の壁１９の半径方向の最も外側の部分に沿って設け、インレット１７に隣接するまたは近接する前縁部１５Ｌからインレット１７からさらに遠くの後縁部１５Ｔまで展開する。
【００３１】
いくつかの実施形態では、例えば、図６に示したように、ブレードは、前縁部から後縁部までブレードの展開に従って変化する厚さを有することができる。他の実施形態では、ブレード１５の厚さを、ブレードの全体の展開に従って一定にすることができる。
【００３２】
図６は、スクロール１３の接線方向の展開に従って配置されたブレード１５の機能および効果を図式的に図説する。前記ブレード１５の機能は、任意の動作条件においてスクロールインレットのところでのガス速度の軸成分と接線成分との間の比率を一定に維持すること（または変動を少なくとも減少させること）である。これは、圧縮機が設計から外れた条件で、例えば、より大きな流量でまたはより小さな流量で動作するときに、設計点に対して流れ方向の変動に起因する損失を減少させる。
【００３３】
図６には、３つのブレード１５およびその間に画定された関係するガイドベーンが示されている。各ブレード１５は、インレット１７のところでスクロール１３に入る流体の流れを表している線ＦＬによって囲まれている。中間のブレード１５は、設計流れ条件で表されている、すなわち、圧縮機は設計条件で動作し、流量は圧縮機が設計されている流量に対応するときを表す。ディフューザ９Ｇを出る流体の流れは、半径方向成分および接線成分を含む速度を有する。スクロール１３に入ると、流体の流れは、内側流れ容積２１へとそらされ、その結果、流体の流れは、接線成分および軸成分を含む速度を有するであろう。ディフューザ内での流体速度の接線成分は、流れの配送には寄与しないが、半径方向成分は、圧縮機を通るガスの前進に寄与する。
【００３４】
逆に、渦巻きまたはスクロール１３内では、流体速度の接線成分は、スクロール１３の流体アウトレット２３に向かう内側流れ容積２１に沿った流体の流れの前進に寄与する。
【００３５】
設計動作条件下で、スクロール１３は、接線方向Ｔに対して線ＦＬによって模式的に表
された流れ方向と正確に一致し、これがスクロール１３内での最小の損失をもたらすように、圧縮機は設計されている。
【００３６】
いくつかの実施形態によれば、ブレード１５がキャンバ型の翼に成形される場合には、ブレードは、渦巻きまたはスクロール１３に入る流れをそらせることに寄与し、その結果、流れ速度の接線成分が、設計点を基準にして大きくなる。いくつかの実施形態によれば、ブレードの形状は、圧縮機が設計点で動作しているときに、ブレードが何らかのずれを与えないようにすることができる。
【００３７】
圧縮機が、設計された流量よりも大きな流量で設計から外れた条件で動作する場合には、流体速度の接線成分が減少し、一方でディフューザ内での流体速度の半径方向成分、およびしたがって渦巻きまたはスクロール１３のインレットのところでの流体速度の軸成分が、増加する。この大きな流れ条件は、図６の右手側に表わされ、流体の流れのストリームを表している線ＦＬが、設計流れ条件におけるよりもさらに軸方向に向いている。ブレード１５の存在は、図６の右手側に模式的に示したように、スクロール１３の内側流れ容積２１に入るストリームの偏りを引き起こし、その結果、ブレード１５を離れる流れは、実質的に同じ方向に向けられる、すなわち、設計条件下と同じ速度の向きを持つ。
【００３８】
圧縮機が設計された流れ条件に対して小さな流量で動作する場合には、スクロール１３に入る流体の流れは、設計条件下よりも大きな接線速度成分を有するであろう。小さな流れ条件を、図６の左手側に模式的に表している。
【００３９】
ブレード１５は、入ってくる流体の流れを再び偏らせ、その結果、ブレード１５の後縁部のところで、流体速度は、設計流れ条件下と実質的に同じ方向に向けられるであろう。
【００４０】
図６に模式的に表わした３つの流れ条件を比較すると、圧縮機の動作条件が変化し、設計流れ条件とは異なるようになると、スクロール１３の接線方向の展開に沿って分布するブレード１５の存在が流体速度方向の変化を低減することを認識することができる。
【００４１】
これが、それぞれ、設計流量よりも上への流量の増加、または設計流量よりも下への流量の低下に起因する流れ損失の減少という結果をもたらす。
【００４２】
変動する流量条件下で様々な遠心圧縮機における流れ損失についての数値シミュレーションを、本明細書において開示したようなブレードの使用の有無の状態で図８および図９に示している。図８には、最終圧縮機段内のディフューザインレットのところでの流れ角が横軸に沿って書かれている第１の図を示す。損失係数が縦軸に書かれている。曲線Ｃ１およびＣ２は、それぞれブレード１５無しおよび有りの状態でディフューザインレットのところでの流れ角に対する損失係数を表している。角度α０は、設計条件下でのディフューザインレットのところでの流れ角である。図のＸ軸およびＹ軸上に書かれた流れ角の値および損失係数値は、例示的な実施形態に関係し、本開示の範囲を限定するように考えるべきではない。
【００４３】
圧縮機がα０の流れ角で動作しているときに、損失係数は最小である。動作条件が設計流れ角α０からより小さな流れ角の値、同様により大きな流れ角の値の両方に向かって動くときに、曲線Ｃ１は、損失係数の急峻な増加を示す。
【００４４】
設計流れ角条件α０から、それぞれ、より小さな流れ角の値またはより大きな流れ角の値に向かって動くときに、曲線Ｃ２は、類似の振る舞いを示すが、損失係数のはるかに緩やかな増加をともなう。設計条件（α０）のところでの最小の損失係数は、曲線Ｃ２についてはわずかに大きい。これは、ブレード１５がスクロール１３においてある大きさの摩擦損失を導入するという事実を考慮しており、摩擦損失はブレード１５を使用しない場合には存在しない。しかしながら、動作条件が設計条件からより大きな流量またはより小さな流量へ向かって動くとすぐに、スクロール１３内の流れの向きを変えるブレードの利点が、より大きな摩擦の欠点に打ち勝ち、このように損失係数を減少させる。
【００４５】
図９のシミュレーションでは、類似の状況が示されており、そこでは、最少の損失係数が、α０におけるディフューザインレットのところでの流れ角でブレード１５を用いずに得られている。損失係数の急峻な増加は、流れ条件が設計条件α０から離れるとすぐに引き起こされる（曲線Ｃ１）。逆に、ブレード１５を使用する場合には（曲線Ｃ２）、損失係数は、設計条件から遠くで動作するときに実質的に小さな値で維持される。設計条件の付近では、損失係数の小さくそしてほとんど無視できる増加は、再びブレード１５の表面上での摩擦の導入のためである。
【００４６】
上に開示した実施形態では、ブレード１５は、スクロールに対して静止している。他の実施形態では、１つ、いくつかまたはすべてのブレード１５を、可動とすることができる。いくつかの実施形態では、ブレード１５をスクロールに対してピボット回転させることができ、その結果、ブレードの傾きを、例えば、流量に応じて調節することができる。
【００４７】
本明細書において開示した主題の開示した実施形態を、図面に示してきており、特に、いくつかの例示的な実施形態に関連して詳細に上に十分に説明してきているとはいえ、多くの修正、変更、および省略が、本明細書において記述した新規な教示、原理および概念、ならびに別記の特許請求の範囲に列挙した主題の利点から実質的に逸脱せずに可能であることが、当業者には明らかであろう。これゆえ、開示したイノベーションの適正な範囲を、すべてのこのような修正、変更、および省略を包含するように別記の特許請求の範囲の最も広い解釈によってのみ決定すべきである。種々の実施形態の様々な特徴、構造、および手段は様々な様式で組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００４８】
１  ケーシング
３  ロータ
５  シャフト
７、７Ａ〜７Ｇ  インペラ
９、９Ａ〜９Ｇ  ディフューザ
１０  多段遠心圧縮機
１１、１１Ａ〜１１Ｆ  戻り流路
１３  渦巻きまたはスクロール
１５  ブレード
１５Ｌ  前縁部
１５Ｔ  後縁部
１７  流体インレット
１９  スクロール形状の壁
２１  内側流れ容積
２３  流体アウトレット
１００  多段遠心圧縮機
１０１  ケーシング
１０３  ロータ
１０５  シャフト
１０７、１０７Ａ〜１０７Ｇ  インペラ
１０９、１０９Ａ〜１０９Ｇ  ディフューザ
１１１、１１１Ａ〜１１１Ｆ  戻り流路
１１３  渦巻きまたはスクロール
【図１】
2020097940.tif 000003
【図２】
2020097940.tif 000004
【図２Ａ】
2020097940.tif 000005
【図３】
2020097940.tif 000006
【図４】
2020097940.tif 000007
【図５】
2020097940.tif 000008
【図６】
2020097940.tif 000009
【図７Ａ】
2020097940.tif 000010
【図７Ｂ】
2020097940.tif 000011
【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月31日(2020.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体圧縮機（１０）とともに使用するためのスクロール（１３）であって、
流体の流れを受けることに適応した流体インレット（１７）と、
前記流体の流れを排出することに適応した流体アウトレット（２３）と、
前記流体インレット（１２）と前記流体アウトレット（２３）の間で内側流れ容積（２１）を画定するスクロール形状の壁（１９）と、
前記スクロール（１３）が設計から外れた条件で動作しているときに、前記内側流れ容積（２１）内の前記流体の流れの方向を正すために、前記内側流れ容積（２１）の円状の広がりの少なくとも一部分に沿って前記内側流れ容積（２１）内に配置され、前記流体インレット（１７）よりも下流で前記スクロール形状の壁（１９）から突き出している少なくとも１つのブレード（１５）と、
を備える、スクロール（１３）。
【請求項２】
複数のブレード（１５）が、前記内側流れ容積（２１）の円状の広がりの少なくとも一部分に沿って、前記スクロール（１３）の前記内側流れ容積（２１）内に配置される、請求項１記載のスクロール（１３）。
【請求項３】
前記複数のブレード（１５）が、前記スクロール（１３）の周りに一定の間隔にしたがって配置される、請求項２記載のスクロール（１３）。
【請求項４】
前記ブレード（１５）の各々が、変動する動作条件において流体速度の軸成分と接線成分との間の比率の変動を少なくとも減少させるように向けられかつ構成される、請求項２または３記載のスクロール（１３）。
【請求項５】
前記ブレード（１５）の各々が、前記流体インレット（１７）に近接して位置する前縁部（１５Ｌ）から後縁部（１５Ｔ）まで前記壁に沿って延伸する、請求項２乃至４のいずれか１項記載のスクロール（１３）。
【請求項６】
前記ブレード（１５）の各々が、軸方向に対して傾斜を有する、請求項２乃至５のいずれか１項記載のスクロール（１３）。
【請求項７】
前記ブレード（１５）の各々が、軸方向に対してある角度を形成し、前記角度が当該ブレード（１５）の前記前縁部（１５Ｌ）から前記後縁部（１５Ｔ）へと変化する、請求項５記載のスクロール（１３）。
【請求項８】
前記ブレード（１５）の各々と前記軸方向との間の前記角度が、前記前縁部（１５Ｌ）から前記後縁部（１５Ｔ）へと増加する、請求項７記載のスクロール（１３）。
【請求項９】
前記ブレード（１５）の各々が、前記スクロール形状の壁（１９）の半径方向の外側部分から半径方向に内側に向かって延伸する、請求項２乃至８のいずれか１項記載のスクロール（１３）。
【請求項１０】
前記ブレード（１５）の各々が、前記内側流れ容積（２１）内の前記流体の流れの方向を正すように前記流れの方向に対して傾斜を有する、請求項２乃至９のいずれか１項記載のスクロール（１３）。
【請求項１１】
前記複数のブレード（１５）のうちの少なくとも１つが、接線方向に対して調節可能な傾斜を有する、請求項２乃至１０のいずれか１項記載のスクロール（１３）。
【請求項１２】
少なくとも１つのインペラ（７）と、請求項１乃至１１のいずれか１項記載のスクロール（１３）とを備え、前記スクロール（１３）が前記インペラ（７）から流体の流れを受けるために配置される、圧縮機（１０）。
【請求項１３】
前記インペラ（７）から前記流体の流れを受けるために構成されかつ配置され、前記スクロール（１３）の前記流体インレット（１７）へ前記流体の流れを向ける、前記インペラ（７）と前記スクロール（１３）との間のディフューザ（９）をさらに備える、請求項１２記載の圧縮機（１０）。
【請求項１４】
前記ディフューザ（９）が、ブレードを付けられている、請求項１３記載の圧縮機（１０）。
【請求項１５】
圧縮機（１０）を動作させる方法であって、
少なくとも１つの回転するインペラ（７）を用いて流体の流れを発生させるステップと、
前記圧縮機（１０）が、前記圧縮機（１０）を通る変動する流量条件によって誘起される流体の流れ速度の軸成分と接線成分との間の比率の変動を減少させるように、設計から外れた条件で動作するときに、スクロール（１３）内の前記流体の流れの方向を修正するためにスクロール形状の壁（１９）から突き出している少なくとも１つのブレード（１５）を使用して前記スクロール（１３）を通る前記流体の流れを案内するステップと、
を含み、
前記スクロール形状の壁（１９）が前記スクロール（１３）内に内側流れ容積（２１）を画定し、
前記少なくとも１つのブレード（１５）が前記内側流れ容積（２１）の円状の広がりの少なくとも一部分に沿って前記内側流れ容積（２１）内に配置され、前記スクロール（１３）の流体インレット（１７）よりも下流で前記スクロール形状の壁（１９）から突き出している、
方法。
【請求項１６】
前記スクロール（１３）内に複数のブレード（１５）を配置するステップをさらに含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのブレード（１５）によって、前記圧縮機（１０）が設計流量よりも上の流量で動作している場合に、前記流体の流れの接線速度成分を増加させ、前記圧縮機（１０）が前記設計流量よりも下の流量で動作している場合に、前記流体の流れの接線速度成分を減少させるステップを含む、請求項１５または１６記載の方法。