(57)【要約】【課題】ディフューザ１１内におけるシュラウド壁ＷＡ側の剥離域ＰＲの発達を抑制して、遠心圧縮機１の圧縮機効率及びサージ余裕を十分に確保すること。【解決手段】ハブ５の上流側にインペラブレード７側に向かって微細水滴を噴霧する水滴噴霧機構１３が配設され、ケーシング３の収容溝１７に、ディフューザ１１内の空気に含まれる水分を冷却凝縮（凝縮）させるように、ペルチェ効果を利用してケーシング３のシュラウド壁ＷＡにおけるインペラブレードの下流側部分を冷却する環状又は円弧状の電子冷却素子１９が設けられていること。【選択図】図１
2010077840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを遠心力を利用して圧縮する遠心圧縮機において、
内側にガスを圧縮するための圧縮領域を有したケーシングと、
前記ケーシングの前記圧縮領域に配設され、軸心を中心として回転可能なハブと、
前記ハブの外周面に周方向に沿って設けられ、外縁が前記ケーシングのシュラウド壁に沿うようにそれぞれ延びた複数枚のインペラブレードと、を備え、
前記ケーシングの前記圧縮領域の上流側周縁部にガスを前記インペラブレード側へ給気する給気口が形成され、前記ケーシングの前記圧縮領域の下流側周縁部にガスを減速させて昇圧する環状のディフューザが形成され、
更に、前記インペラブレード側へ微細水滴を供給する水滴供給手段と、
前記ディフューザ内のガスに含まれる水分を冷却凝縮させるように、前記ケーシングのシュラウド壁における前記インペラブレードの下流側部分を冷却する冷却手段と、を備えたことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記冷却手段は、前記ケーシングに設けられた冷却素子であることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記冷却手段は、前記ケーシングの内部に形成されかつ冷却流体を流通させる冷却通路であって、前記冷却通路は、冷却流体を循環供給する冷却流体供給源に接続可能であることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記水滴供給手段は、前記インペラブレード側に向かって微細水滴を噴霧する水滴噴霧機構であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気等のガスを遠心力を利用して圧縮する遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用過給機、船舶用過給機、ガスタービン等に用いられる遠心圧縮機について種々の開発がなされており、以下、一般的な遠心圧縮機について図４を参照して説明する。ここで、図４は、一般的な遠心圧縮機の側断面図である。なお、図面中、「Ｆ」は、前方向を指し、「Ｒ」は、後方向を指してある。
【０００３】
一般的な遠心圧縮機１０１は、ケーシング１０３を備えており、このケーシング１０３は、内側に、空気（ガスの一例）を圧縮するための圧縮領域ＣＲを有している。また、ケーシング１０３の圧縮領域ＣＲには、ハブ１０５が配設されており、このハブ１０５は、軸心（ハブ１０５の軸心）を中心として回転可能である。そして、ハブ１０５の外周面には、複数枚のインペラブレード１０７が周方向に間隔を置いて設けられており、各インペラブレード１０７の外縁は、ケーシング１０３のシュラウド壁ＷＡに沿うようにそれぞれ延びている。
【０００４】
ケーシング１０３の圧縮領域ＣＲの上流側周縁部（前側周縁部）には、空気をインペラブレード１０７側へ給気する給気口１０９が形成されている。また、インペラブレード１０７の圧縮領域ＣＲの下流側周縁部（後側周縁部）には、空気を減速させて昇圧する環状のディフューザ（ディフューザ流路）１１１が形成されている。更に、ケーシング１０３の適宜位置には、圧縮された空気（圧縮空気）を排気する排気口（図示省略）が形成されており、この排気口は、ディフューザ１１１にスクロール流路（図示省略）を介して連通してある。
【０００５】
従って、例えばタービンホイール（図示省略）の回転等によりハブ１０５を回転させて、複数枚のインペラブレード１０７を一体的に回転させることにより、給気口１０９からインペラブレード１０７側に給気した空気を遠心力を利用して圧縮することができる。そして、圧縮された空気は、ディフューザ１１１により昇圧されて、スクロール流路を介して排気口から排気される。
【０００６】
なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１及び特許文献２に示すものがある。
【特許文献１】特開平１０−１６９５９３号公報
【特許文献２】特開平５−１０６５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、遠心圧縮機１０１の運転中、圧縮領域ＣＲ内において、インペラブレード１０７の正圧面側から負圧面側に相対的に流れる所謂クリアランスフロー、又はシュラウド壁ＷＡに沿わない流れが発生して、シュラウド壁ＷＡ側に低エネルギ流体が蓄積される傾向にある。一方、圧縮領域ＣＲ内におけるシュラウド壁ＷＡ側に低エネルギ流体が蓄積されると、ディフューザ１１１内におけるシュラウド壁ＷＡ側の空気の流れが不安定になって、ディフューザ１１１内におけるシュラウド壁ＷＡ側の剥離域ＰＲが発達して、遠心圧縮機１０１の圧縮機効率及びサージ余裕が低下するという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の遠心圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の特徴は、ガスを遠心力を利用して圧縮する遠心圧縮機において、内側にガスを圧縮するための圧縮領域を有したケーシングと、前記ケーシングの前記圧縮領域に配設され、軸心（ハブの軸心）を中心として回転可能なハブと、前記ハブの外周面に周方向に沿って設けられ、外縁が前記ケーシングのシュラウド壁に沿うようにそれぞれ延びた複数枚のインペラブレードと、を備え、前記ケーシングの前記圧縮領域の上流側周縁部にガスを前記インペラブレード側へ給気する給気口が形成され、前記ケーシングの前記圧縮領域の下流側周縁部にガスを減速させて昇圧する環状のディフューザが形成され、更に、前記インペラブレード側へ微細水滴を供給する水滴供給手段と、前記ディフューザ内のガスに含まれる水分を冷却凝縮（凝縮）させるように、前記ケーシングのシュラウド壁における前記インペラブレードの下流側部分（換言すれば、前記インペラブレードの下流側に位置する部分）を冷却する冷却手段と、を備えたことを要旨とする。
【００１０】
なお、特許請求の範囲及び明細書において、「上流側」とは、主流のガスの流れ方向から見て上流側のことであって、「下流側」とは、主流のガスの流れ方向から見て下流側のことである。
【００１１】
本発明の特徴によると、前記ハブを回転させて、複数枚の前記インペラブレードを一体的に回転させることにより、前記給気口から前記インペラブレード側に給気したガスを遠心力を利用して圧縮する。そして、圧縮されたガス（圧縮ガス）は、前記ディフューザにより昇圧されて、前記ケーシングから適宜に排気される。
【００１２】
前記遠心圧縮機の運転中に、前記水滴供給手段によって前記インペラブレード側へ微細水滴を適宜に供給する。また、前記冷却手段によって前記ケーシングのシュラウド壁における前記インペラブレードの下流側部分を適宜に冷却して、前記ディフューザ内のガスに含まれる水分を冷却凝縮させる。これにより、前記ディフューザ内のガスに含まれる水分が前記シュラウド壁に吸引され、それに伴って、前記ディフューザ内のガスがシュラウド壁側に引き寄せられる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、前記遠心圧縮機の運転中に、前記ディフューザ内のガスに含まれる水分が前記シュラウド壁に吸引され、それに伴って、前記ディフューザ内のガスがシュラウド壁側に引き寄せられるため、前記ディフューザ内における前記シュラウド壁側の剥離域の発達を抑制して、前記遠心圧縮機の圧縮機効率及びサージ余裕を十分に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１実施形態）
第１実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
【００１５】
ここで、図１は、第１実施形態に係る遠心圧縮機の側断面図、図２（ａ）は、第１実施形態に係る遠心圧縮機の作用の説明図、図２（ｂ）は、第１実施形態に係る遠心圧縮機の効果の説明図である。なお、図面中、「Ｆ」は、前方向を指し、「Ｒ」は、後方向を指してある。
【００１６】
図１に示すように、第１実施形態に係る遠心圧縮機１は、車両用過給機、船舶用過給機、ガスタービン等に用いられ、空気（ガスの一例）を遠心力を利用して圧縮するものである。そして、第１実施形態に係る遠心圧縮機１の具体的な構成は、以下のようになる。
【００１７】
遠心圧縮機１は、ケーシング３を具備しており、このケーシング３は、内側に、空気を圧縮するための圧縮領域ＣＲを有している。また、ケーシング３は、軸心方向（ケーシング３の軸心方向）から徐々に軸心方向に直交する放射方向に向かって延びたシュラウド壁ＷＡ、及びこのシュラウド壁ＷＡに対向しかつ前記放射方向へ延びたシール壁ＷＢを有している。なお、ケーシング３は、別のケーシング（図示省略）に一体的に取付られている。
【００１８】
ケーシング３の圧縮領域ＣＲには、ハブ５が設けられており、このハブ５の外周面は、軸心方向（ハブ５の軸心方向、換言すれば、ケーシング３の軸心方向）から徐々に径方向（ハブ５の径方向）外側に向かって延びてあって、ハブ５の背面は、シール壁（ハブ壁）ＷＢに近接するように対向してある。また、ハブ５は、別のケーシングに回転可能に設けられたタービン軸ＴＳの一端部（前端部）に一体的に連結されてあって、軸心（ハブ５の軸心、換言すれば、タービン軸ＴＳの軸心）を中心として回転可能である。なお、タービン軸ＴＳの他端部（後端部）には、タービンホイール（図示省略）が一体的に連結されている。
【００１９】
ハブ５の外周面には、複数枚（１枚のみ図示）のインペラブレード７が周方向に間隔を置いて設けられており、各インペラブレード７の外縁は、シュラウド壁ＷＡに沿ってそれぞれ延びている。
【００２０】
ケーシング３の圧縮領域ＣＲの上流側周縁部（前側周縁部）には、空気をインペラブレード７側へ給気する給気口９が形成されている。また、ケーシング３の圧縮領域ＣＲの下流側周縁部（後側周縁部）には、空気を減速させて昇圧する環状のディフューザ（ディフューザ流路）１１が形成されている。換言すれば、インペラブレード７の下流側におけるシュラウド壁ＷＡとシール壁ＷＢには、環状のディフューザ１１が区画形成されている。更に、ケーシング３の適宜位置には、圧縮された空気（圧縮空気）を排気する排気口（図示省略）が形成されており、この排気口は、ディフューザ１１にスクロール流路（図示省略）を介して連通してある。なお、排気口は、脱水装置（図示省略）に接続されるようにしてもよい。
【００２１】
ハブ５の上流側には、インペラブレード７側に向かって微細水滴を噴霧する水滴噴霧機構（インペラブレード７側へ微細水滴を供給する水滴供給手段の一例）１３が配設されており、この水滴噴霧機構１３は、水滴を生成する水滴生成器１５に接続可能である。そして、水滴噴霧機構１３より噴霧される微細水滴の水滴径は、１０μｍ以下であって、望ましくは、３．０μｍ以下である。また、水滴噴霧機構１３より噴霧される微細水滴の噴霧流量は、空気の流量の５％以下である。ここで、微細水滴の水滴径を１０μｍ以下としたのは、ケーシング３内において微細水滴の蒸発を促進するためである。
【００２２】
なお、ハブ５の上流側に水滴噴霧機構１３が配設される代わりに、ケーシング３の内部に形成した環状のトリートメントキャビティ（図示省略）に微細水滴を噴霧する水滴噴霧機構が配設されるようにしても構わない。
【００２３】
ケーシング３におけるインペラブレード７の径方向外側には、環状又は円弧状の収容溝１７が形成されている。そして、ケーシング３の収容溝１７には、環状又は円弧状の電子冷却素子１９が設けられており、この電子冷却素子１９は、ディフューザ１１内の空気に含まれる水分を冷却凝縮（凝縮）させるように、ペルチェ効果を利用してケーシング３のシュラウド壁ＷＡにおけるインペラブレードの下流側部分（換言すれば、インペラブレードの下流側に位置する部分）を冷却するものである。ここで、電子冷却素子１９は、両側に、吸熱面（冷却面）１９ａと放熱面１９ｂをそれぞれ有し、電子冷却素子１９の吸熱面１９ａは、収容溝１７の底面に熱伝導的に接触してある。なお、電子冷却素子１９の放熱面１９ｂには、環状又は円弧状の放熱フィン２１が設けられている。
【００２４】
続いて、第１実施形態に係る遠心圧縮機１の作用及び効果について説明する。
【００２５】
タービンホイールの回転によってハブ５を回転させて、複数のインペラブレード７を一体的に回転させることにより、給気口９からインペラブレード７側に給気した空気を遠心力を利用して圧縮することができる。そして、圧縮された空気（圧縮空気）は、ディフューザ１１より昇圧されて、スクロール流路を介して排気口から排気される（遠心圧縮機１の通常の作用）。なお、排気口から排気された圧縮空気は、脱水装置によって脱水されて、適宜の需要部に供給されるようにしてもよい。
【００２６】
遠心圧縮機１の運転中に、水滴噴霧機構１３によってインペラブレード７側に向かって微細水滴を適宜に噴霧する。また、電子冷却素子１９に直流電流を供給して冷却プレート１９（ケーシング３のシュラウド壁ＷＡにおけるインペラブレード７の下流側部分）を適宜に冷却して、ディフューザ１１内の空気に含まれる水分を冷却凝縮させる。これにより、図２（ａ）に示すように、ディフューザ１１内の空気に含まれる水分がシュラウド壁ＷＡに吸引され、それに伴って、ディフューザ１１内の空気がシュラウド壁ＷＡ側に引き寄せられる（遠心圧縮機１の特有の作用）。
【００２７】
本発明の実施形態に係る遠心圧縮機１によれば、遠心圧縮機１の運転中に、ディフューザ１１内の空気がシュラウド壁ＷＡ側に引き寄せられるため、図２（ｂ）で示すように、ディフューザ１１内におけるシュラウド壁ＷＡ側の剥離域ＰＲの発達を抑制して、遠心圧縮機１の圧縮機効率及びサージ余裕を十分に確保することができる。
【００２８】
（第２実施形態）
第２実施形態について図３を参照して説明する。
【００２９】
ここで、図３は、第２実施形態に係る遠心圧縮機の側断面図である。なお、図面中、「Ｆ」は、前方向を指し、「Ｒ」は、後方向を指してある。
【００３０】
図３に示すように、第２実施形態に係る遠心圧縮機２３は、第１実施形態に係る遠心圧縮機１と略同じ構成を有しており、第２実施形態に係る遠心圧縮機２３の具体的な構成のうち、第１実施形態に係る遠心圧縮機１の具体的な構成と異なる部分についてのみ説明する。なお、第２実施形態に係る遠心圧縮機２３における複数の構成要素のうち、第１実施形態に係る遠心圧縮機１における構成要素と対応するものについては、図中に同一番号を付して、説明を省略する。
【００３１】
即ち、ケーシング３の内部におけるインペラブレード７の径方向外側には、環状又は円弧状の冷却通路２５が形成されており、冷却通路２５は、ディフューザ内の空気に含まれる水分を冷却凝縮（凝縮）させるように、冷却水（冷却流体の一例）を流通させてケーシング３のシュラウド壁ＷＡにおけるインペラブレード７の下流側部分を冷却するものである。また、冷却通路２５は、冷却水を循環供給可能な冷却水供給源２７に接続可能である。なお、冷却流体として冷却水を用いる代わりに、冷却油を用いても構わない。
【００３２】
続いて、第２実施形態に係る遠心圧縮機２３の作用等について簡単に説明する。
【００３３】
遠心圧縮機２３の運転中に、水滴噴霧機構１３によってインペラブレード７側に向かって微細水滴を適宜に噴霧する。また、冷却通路２５に冷却水を流通させてケーシング３のシュラウド壁ＷＡにおけるインペラブレード７の下流側部分を適宜に冷却して、ディフューザ１１内の空気に含まれる水分を冷却凝縮させる。これにより、ディフューザ１１内の空気に含まれる水分がシュラウド壁ＷＡに吸引され、それに伴って、ディフューザ１１内の空気がシュラウド壁ＷＡ側に引き寄せられる。
【００３４】
よって、第２実施形態に係る遠心圧縮機２３によれば、第１実施形態に係る遠心圧縮機１と同様の効果を奏することができる。
【００３５】
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１実施形態に係る遠心圧縮機の側断面図である。
【図２】図２（ａ）は、第１実施形態に係る遠心圧縮機の作用の説明図、図２（ｂ）は、第１実施形態に係る遠心圧縮機の効果の説明図である。
【図３】第２実施形態に係る遠心圧縮機の側断面図である。
【図４】一般的な遠心圧縮機の側断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
ＣＲ    圧縮領域
ＰＲ    剥離域
ＷＡ    シュラウド壁
ＷＢ    シール壁
１      遠心圧縮機
３      ケーシング
５      ハブ
７      インペラブレード
９      給気口
１１      ディフューザ
１３      水滴噴霧機構
１５      水滴生成器
１７      収容溝
１９      電子冷却素子
１９ａ    吸熱面
１９ｂ    放熱面
２３      遠心圧縮機
２５      冷却通路
２７      冷却水供給源
【図１】
2010077840.tif 000003
【図２】
2010077840.tif 000004
【図３】
2010077840.tif 000005
【図４】
2010077840.tif 000006