(57)【要約】      （修正有）【課題】流路断面積の調節を簡易な構成で実現できる遠心圧縮機を提供する。【解決手段】遠心圧縮機１０は、流路面積調節装置１８を備える。流路面積調節装置１８は、スクロール１３の流路方向に延びて流路断面積を調節可能であり、流路１４をディフューザ１２と連通する外側領域１５ａとこの外側領域１５ａより半径方向内側の内側領域１５ｂとに仕切る状態と、これらの領域を仕切らない状態とに選択的に切り替わる機能を有する流路面積調節装置を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラから吹き出した流体をディフューザを介して導入し渦巻き状の流路を構成するスクロールを備えた遠心圧縮機において、
前記スクロールの流路方向に渦巻き状に延びて流路断面積を調節可能であり、該流路を前記ディフィーザと連通する外側領域と該外側領域より半径方向内側の内側領域とに仕切る状態と、これらの領域を仕切らない状態とに選択的に切り替わる機能を有する流路面積調節装置を備える、ことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記流路面積調節装置は、前記スクロールに挿入され軸方向に移動可能に構成された可動壁を有する請求項１記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記流路面積調節装置は、流路方向に沿って間隔をおいて形成された複数の開口部を有し前記スクロール内に固定された流路方向に延びる固定壁と、該固定壁の前記複数の開口部を開閉する可動弁とを有する、請求項１記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記可動弁は、前記複数の開口部毎に対応して設けられた複数の揺動弁である、請求項３記載の遠心圧縮機。
【請求項５】
前記可動弁は、前記固定壁に沿って移動可能なスライド弁である、請求項３記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心圧縮機に関し、さらに詳しくは、スクロール流路断面積を調節することができる遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インペラから吹き出した流体をディフューザを介して導入し渦巻き状の流路を構成するスクロールを備えた遠心圧縮機は公知である。
【０００３】
遠心圧縮機に対する小型化の要求から、スクロールサイズを小さくすることが求められている。そのため、流量によらず外径寸法を一定にできるタイプのスクロールが採用されてきている。しかし、この種のスクロールではサイズに対する流量比が大きくなるほど、ディフューザ出口から軸方向に大きく曲げられたスクロール形状となる。そのため、ディフューザからの流体がスクロールに入るとき、流れが急速に曲げられて剥離が生じたり、流れが形成されない領域ができたりすることで、スクロールでの流体損失が大きくなり、スクロール性能が低下する問題がある。
【０００４】
このような問題に対処するため、スクロール内に可動壁を設け、可動壁を移動させることでスクロールの流路断面積を調節するようにした構成が提案されている（例えば、下記特許文献１を参照）。
【０００５】
特許文献１に開示された遠心圧縮機では、スクロールの内部に軸方向に移動可能な可動壁を設け、可動壁をアクチュエータによって軸方向に移動させることによりスクロールの流路断面積を変化させる。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−８３４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された遠心圧縮機は、可動壁を可動範囲内の適当な位置に位置決めすることで流路断面積を変化させる構成であるため、位置決めのための機構や制御が必要となり、構成が複雑となりやすい。
【０００８】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、流路断面積の調節を簡易な構成で実現できる遠心圧縮機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の問題を解決するため、本発明の遠心圧縮機は、以下の技術的手段を採用する。
（１）本発明は、インペラから吹き出した流体をディフューザを介して導入し渦巻き状の流路を構成するスクロールを備えた遠心圧縮機において、前記スクロールの流路方向に渦巻き状に延びて流路断面積を調節可能であり、該流路を前記ディフィーザと連通する外側領域と該外側領域より半径方向内側の内側領域とに仕切る状態と、これらの領域を仕切らない状態とに選択的に切り替わる機能を有する流路面積調節装置を備える、ことを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、流路面積調節装置は流路を外側領域と内側領域に仕切る状態と仕切らない状態とに選択的に切り替わる。流路を外側領域と内側領域に仕切る状態では流体が流れる部分は外側領域のみに限定されるため、流路断面積は小さくなる。流路を外側領域と内側領域に仕切らない状態では、流体が流れる部分はスクロールの内部全体となるため、流路断面積は大きくなる。このように、外側領域と内側領域に仕切る壁を開閉するというシンプルな構成を採用したことにより、流路断面積の調節を簡易な構成で実現できる。
【００１１】
（２）また上記の遠心圧縮機において、前記流路面積調節装置は、前記スクロールに挿入され軸方向に移動可能に構成された可動壁を有する。
【００１２】
上記の構成によれば、可動壁をスクロールに深く挿入することで外側領域と内側領域を仕切る状態にでき、可動壁をスクロールから引き抜く方向に移動させることで外側領域と内側領域を仕切らない状態にできる。よって、簡易な構成で流路面積調節装置を実現できる。
【００１３】
（３）また上記の遠心圧縮機において、前記流路面積調節装置は、流路方向に沿って間隔をおいて形成された複数の開口部を有し前記スクロール内に固定された流路方向に延びる固定壁と、該固定壁の前記複数の開口部を開閉する可動弁とを有する。
【００１４】
上記の構成によれば、固定壁と可動弁をスクロール内に収めることができるので、軸方向に移動する可動壁と比べて、省スペース化できる。
【００１５】
（４）また上記の遠心圧縮機において、前記可動弁は、前記複数の開口部毎に対応して設けられた複数の揺動弁である。
【００１６】
上記の構成によれば、簡易な構成で可動弁を実現できる。
【００１７】
（５）また上記の遠心圧縮機において、前記可動弁は、前記固定壁に沿って移動可能なスライド弁である。
【００１８】
上記の構成によれば、簡易な構成で可動弁を実現できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、外側領域と内側領域に仕切る壁を開閉するというシンプルな構成を採用したことにより、流路断面積の調節を簡易な構成で実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２１】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機１０の要部を示す断面図であり、（Ａ）は小流量時の状態を、（Ｂ）は大流量時の状態を示している。
図１において、遠心圧縮機１０は、インペラ１１と、ディフューザ１２と、スクロール１３と、流路面積調節装置１８とを備える。
【００２２】
インペラ１１は、図示しない駆動源（電動モータなど）によって回転駆動され、前面から流体を吸引して加速させる。流体は空気などのガスのほか、液体であてもよい。
【００２３】
ディフューザ１２は、インペラ１１の半径方向外側に位置する円環状の流路であり、インペラ１１から出た流体を導入する。ディフューザ１２には、流体を整流するための翼１２ａが周方向に間隔をおいて複数設けられている。この翼１２ａは、翼角度が固定された固定翼でもよく、翼角度を変化させらせる可変翼であってよい。また、翼１２ａは省略されてもよい。
【００２４】
スクロール１３は、ディフューザ１２からの流体を導入する渦巻き状の流路１４を構成する。この渦巻き状の流路１４は図示しない吐出口に連通しており、スクロール１３で圧力エネルギーを与えられた流体は吐出口から排出される。
【００２５】
上記のインペラ１１、ディフューザ１２、スクロール１３は、高温の流体に曝されても機能維持できるように所定の耐熱性を有することが好ましい。
【００２６】
流路面積調節装置１８は、スクロール１３の流路方向に延びて流路１４の断面積を調節可能であり、この流路１４をディフューザ１２と連通する外側領域１５ａと外側領域１５ａより半径方向内側の内側領域１５ｂとに仕切る状態と、これらの領域を仕切らない状態とに選択的に切り替わる機能を有する。
【００２７】
図１に示すように本実施形態の流路面積調節装置１８は、スクロール１３に対して軸方向に移動可能に構成された可動壁１９と、可動壁１９を軸方向に移動させるアクチュエータ２０とを有する。
【００２８】
可動壁１９はスクロール１３の流路１４に沿って渦巻き状に延びた板状部材であり、スクロール１３の壁を貫通して流路１４内に挿入されている。可動壁１９とスクロール１３との間は、図示しないシール構造によって加圧された流体がスクロール１３から外部に漏れ出ないようにシールされている。なお、可動壁１９は、他の部材と同様に所定の耐熱性を有することが好ましい。
【００２９】
アクチュエータ２０の駆動方式は、特定のものに限定されない。例えば、回転型モータの回転を変換機構によって直線運動に変換して可動壁１９を軸方向に移動させるものでもよく、リニアモータによって直接、可動壁１９を軸方向に移動させる構成でもよい。また、アクチュエータ２０を省略し、手動で可動壁１９を抜き差しすることで、図１（Ａ）又は（Ｂ）で示す位置に調整してもよい。
【００３０】
次に、第１実施形態の動作について説明する。
遠心圧縮機１０を小流量で運転する場合、図１（Ａ）に示すように可動壁１９をスクロール１３に深く挿入し、外側領域１５ａと内側領域１５ｂを仕切る状態にする。このように、流路１４を外側領域１５ａと内側領域１５ｂに仕切る状態ではスクロール１３内において流体が流れる部分は外側領域１５ａのみに限定されるため、流路断面積は小さくなる。したがって、流路断面積が小流量に適したものとなるため、流れが急速に曲げられることによる剥離や流れ未形成領域の発生を抑制でき、スクロール１３性能を維持できる。
【００３１】
一方、遠心圧縮機１０を大流量で運転する場合、図１（Ｂ）に示すように可動壁１９をスクロール１３から引き抜く方向に移動させ、外側領域１５ａと内側領域１５ｂを仕切らない状態にする。このように、流路１４を外側領域１５ａと内側領域１５ｂに仕切らない状態では、スクロール１３内で流体が流れる部分はスクロール１３の内部全体となるため、流路断面積は大きくなる。したがって、流路断面積が大流量に適したものとなるため、スクロール１３性能を維持できる。
【００３２】
上述したように本発明の遠心圧縮機１０によれば、流路断面積の設定は大小２パターンであるため、従来技術（例えば特許文献１）のような位置決めのための機構や制御は不要である。すなわち、外側領域と内側領域に仕切る壁を開閉するというシンプルな構成を採用したことにより、流路断面積の調節を簡易な構成で実現できる。
【００３３】
また第１実施形態の構成によれば、可動壁１９をスクロール１３に深く挿入することで外側領域１５ａと内側領域１５ｂを仕切る状態にでき、可動壁１９をスクロール１３から引き抜く方向に移動させることで外側領域１５ａと内側領域１５ｂを仕切らない状態にできる。よって、簡易な構成で流路面積調節装置１８を実現できる。
【００３４】
［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態に係る遠心圧縮機１０の要部を示す断面図である。図２において、インペラ１１、ディフューザ１２及びスクロール１３は、第１実施形態と同一の構成である。
【００３５】
第２実施形態の流路面積調節装置１８は、流路方向に沿って間隔をおいて形成された複数の開口部２１ａを有しスクロール１３内に固定された流路方向に延びる固定壁２１と、固定壁２１の複数の開口部２１ａを開閉する可動弁２２とを有する。
【００３６】
第２実施形態における可動弁２２は、複数の開口部２１ａ毎に対応して設けられた複数の揺動弁２２Ａである。揺動弁２２Ａはヒンジ部２３によって固定壁２１に揺動可能に連結されている。揺動弁２２Ａは、適当なアクチュエータで駆動してもよく、手動で動かしてもよい。
【００３７】
揺動弁２２Ａが開く方向は、外側領域１５ａと内側領域１５ｂのいずれの側でもよいが、図２の構成例のように、内側領域１５ｂの側に開き、先端がスクロール１３の内壁面に接触して内壁面で支持されるように構成すると、開いた状態での揺動弁２２Ａのばたつきを防止できる。
【００３８】
なお、図２では、可動弁２２の端部（図示例では右端）に揺動中心があるが、可動弁２２の中間位置（例えば中央）に揺動中心があってもよい。
【００３９】
次に第２実施形態の動作について説明する。
遠心圧縮機１０を小流量で運転する場合、揺動弁２２Ａを閉じた状態にして、外側領域１５ａと内側領域１５ｂを仕切る状態にする。このように、流路１４を外側領域１５ａと内側領域１５ｂに仕切る状態ではスクロール１３内において流体が流れる部分は外側領域１５ａのみに限定されるため、流路断面積は小さくなる。
【００４０】
一方、遠心圧縮機１０を大流量で運転する場合、揺動弁２２Ａを開いた状態にして、外側領域１５ａと内側領域１５ｂを仕切らない状態にする。このように、流路１４を外側領域１５ａと内側領域１５ｂに仕切らない状態では、スクロール１３内で流体が流れる部分はスクロール１３の内部全体となるため、流路断面積は大きくなる。
【００４１】
図３は、第２実施形態の流路面積調節装置１８の別の構成例を示す図であり、軸方向に垂直な断面で見たときのスクロール１３及び流路面積調節装置１８を示している。
図２の構成例では揺動弁２２Ａの揺動軸心の向きは、軸方向に対して垂直方向であるが、図３に示す別の構成例のように、揺動弁２２Ａの揺動軸心の向きは軸方向と同一方向であってもよい。
【００４２】
図３では、開いた状態の揺動弁２２Ａが示されている。閉じた状態の揺動弁２２Ａは図中破線で示す位置にくる。揺動弁２２Ａによって開口部２１ａが閉鎖されると、流路１４が外側領域１５ａと内側領域１５ｂに仕切られる。
【００４３】
図３において、揺動弁２２Ａの端部（図示例では流れ方向の上流端）に揺動中心があるが、揺動弁２２Ａの中間位置（例えば中央）に揺動中心があってもよい。
【００４４】
第２実施形態の構成によっても、外側領域１５ａと内側領域１５ｂに仕切る壁を開閉するというシンプルな構成を採用したことにより、流路断面積の調節を簡易な構成で実現できる。
また、第２実施形態によれば、固定壁２１と可動弁２２（揺動弁２２Ａ）をスクロール１３内に収めることができるので、軸方向に移動する可動壁１９と比べて、省スペース化できる。
【００４５】
［第３実施形態］
図４は、本発明の第３実施形態に係る遠心圧縮機１０の要部を示す図であり、軸方向に垂直な断面で見たときのスクロール１３及び流路面積調節装置１８を示している。
第３実施形態の流路面積調節装置１８は、流路方向に沿って間隔をおいて形成された複数の開口部２１ａを有しスクロール１３内に固定された流路方向に延びる固定壁２１と、固定壁２１の複数の開口部２１ａを開閉する可動弁２２とを有する。
【００４６】
第３実施形態における可動弁２２は、固定壁２１に沿って移動可能な複数のスライド弁２２Ｂであり、複数の開口部２１ａ毎に対応して設けられている。スライド弁２２Ｂのスライド方向は、図４（Ｂ）の矢印で示すように流体の流れ方向とすることにより、スライド弁２２Ｂの可動範囲を大きくとることができる。なお、スライド弁２２Ｂは、適当なアクチュエータで駆動してもよく、手動で動かしてもよい。
【００４７】
次に第３実施形態の動作について説明する。
遠心圧縮機１０を小流量で運転する場合、図４（Ａ）のようにスライド２２Ｂを閉じた状態にして、外側領域１５ａと内側領域１５ｂを仕切る状態にする。このように、流路１４を外側領域１５ａと内側領域１５ｂに仕切る状態ではスクロール１３内において流体が流れる部分は外側領域１５ａのみに限定されるため、流路断面積は小さくなる。
【００４８】
一方、遠心圧縮機１０を大流量で運転する場合、図４（Ｂ）のようにスライド弁２２Ｂを開いた状態にして、外側領域１５ａと内側領域１５ｂを仕切らない状態にする。このように、流路１４を外側領域１５ａと内側領域１５ｂに仕切らない状態では、スクロール１３内で流体が流れる部分はスクロール１３の内部全体となるため、流路断面積は大きくなる。
【００４９】
第３実施形態の構成によっても、外側領域１５ａと内側領域１５ｂに仕切る壁を開閉するというシンプルな構成を採用したことにより、流路断面積の調節を簡易な構成で実現できる。
また、第３実施形態によれば、固定壁２１と可動弁２２（スライド弁２２Ｂ）をスクロール１３内に収めることができるので、軸方向に移動する可動壁１９と比べて、省スペース化できる。
【００５０】
なお、上記において、本発明の実施形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機の要部を示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る遠心圧縮機の要部を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る遠心圧縮機における流路面積調節装置の別の構成例を示す図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る遠心圧縮機の要部を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  遠心圧縮機
１１  インペラ
１２  ディフューザ
１２ａ  翼
１３  スクロール
１４  流路
１５ａ  外側領域
１５ｂ  内側領域
１８  流路面積調節装置
１９  可動壁
２０  アクチュエータ
２１  固定壁
２１ａ  開口部
２２  可動弁
２２Ａ  揺動弁
２２Ｂ  スライド弁
２３  ヒンジ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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