(57)【要約】【課題】複雑な形状の案内翼を設けることなく、循環流路からディフューザ流路への流体流れに周方向の速度成分を与えることができ、低コストで高性能な循環流路を形成し、作動範囲を拡大する。【解決手段】遠心圧縮機１０は、回転駆動される回転軸３と、回転軸３に固定され吸入流体を圧縮するインペラ５と、インペラ５からの流体を回転軸３の半径方向に案内するディフューザ流路７と、デッフューザ流路７に流れる流体の一部をディフューザ流路７における下流側位置から上流側位置まで循環流体として戻す循環流路９と、を有する。循環流路９は、ディフューザ流路７に開口する下流側開口９ａと、ディフューザ流路７に開口する上流側開口９ｂと、を有する。循環流路９は、その中間部から上流側開口９ｂへ向かって、回転軸３の軸方向に対し回転軸３の周方向に傾いた方向に延びており、これにより、上流側開口９ｂからディフューザ流路７内へ流れ出す循環流体速度は、周方向の速度成分を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動される回転軸と、この回転軸に固定され吸入流体を圧縮するインペラと、該インペラからの流体を前記回転軸の半径方向に案内するディフューザ流路と、このディフューザ流路に流れる流体の一部を前記ディフューザ流路における下流側位置から上流側位置まで循環流体として戻す循環流路と、を有する遠心圧縮機であって、
前記循環流路は、前記下流側位置において前記ディフューザ流路に開口する下流側開口と、前記上流側位置において前記ディフューザ流路に開口する上流側開口と、を有し、
前記循環流路は、その中間部から前記上流側開口へ向かって、前記回転軸の軸方向に対し前記回転軸の周方向に傾いた方向に延びており、これにより、前記上流側開口から前記ディフューザ流路内へ流れ出す循環流体速度は、前記周方向の速度成分を有する、ことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記ディフューザ流路の少なくとも一部を区画するディフュ−ザ流路区画部材が設けられ、このディフューザ流路区画部材は、上流側貫通孔と下流側貫通孔を有し、
前記循環流路は、前記上流側開口を有する前記上流側貫通孔と、前記下流側開口を有する前記下流側貫通孔と、これら上流側貫通孔および下流側貫通孔に接続される流体管と、から構成され、
前記流体管が、その中間部から前記上流側開口へ向かって、前記回転軸の軸方向に対し前記回転軸の周方向に傾いた方向に延びている、ことを特徴とする請求項１に記載遠心圧縮機。
【請求項３】
前記流体管の一端が接続される前記上流側貫通孔は、当該流体管の他端が接続される前記下流側貫通孔から前記周方向にずれて位置している、ことを特徴とする請求項１または２に記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記上流側貫通孔と前記下流側貫通孔は、前記周方向に間隔を置いて複数設けられており、前記流体管は、その一端が複数の前記上流側貫通孔のうち任意のものに着脱可能であり、その他端が複数の前記下流側貫通孔のうち任意のものに着脱可能である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
【請求項５】
前記循環流路は、前記周方向に複数設けられる、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一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、遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機は、回転駆動される回転軸と、この回転軸に固定され吸入流体を圧縮するインペラと、該インペラからの流体を回転軸の半径方向に案内するディフューザ流路と、を有する。
【０００３】
インペラからディフューザ流路へ送出される流体流量は、所定の安定流量範囲内にある必要がある。この流体流量が安定流量範囲よりも下回ると、サージ現象や流体の逆流が発生してしまう。なお、サージ現象は、流体の圧力と流れが不安定となって大きな振動が発生する現象である。
【０００４】
サージ現象や逆流を抑制して安定流量範囲を低流量側へ拡大するための技術が、下記特許文献１に開示されている。
【０００５】
特許文献１では、図６に示すように、循環流路２３を設けている。これにより、ディフューザ流路２５を流れる流体が、下流側開口２３ａから循環流路２３に進入し、上流側開口２３ｂからディユーザ流路２５へ戻される。従って、ディフューザ流路２５における見掛け上の流体流量が増加する。その結果、サージ現象や逆流を抑制される。図６において、循環流路２３は、支持部材２７を介してケーシング２１に支持される蓋部材２９と、ケーシング２１とにより形成されている。なお、符号３１はインペラを示し、符号３１ａはインペラ３１の羽根を示し、符号３３は回転軸を示し、符号３５は吸入通路を示す。
また、特許文献１の別の構成では、上述の支持部材２７を案内翼としている。これにより、循環流路２３からディフューザ流路２５へ戻る流体は、回転軸３３の周方向の速度成分を有し、旋回流れとなる。その結果、循環流路２３からの流体とディフューザ流路２５内の流体とは、旋回角度がほぼ同様となり、乱流の発生を防止してスムーズな昇圧を可能としている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２４０６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように、案内翼を循環流路に設けることで、循環流路からディフューザ流路へ戻る流体を旋回流れとする場合には、複雑な形状の案内翼を設計して製作する必要がある。従って、その分、コストが高くなる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、複雑な形状の案内翼を設けることなく、循環流路からディフューザ流路への流体流れに周方向の速度成分を与えることができ、低コストで高性能な循環流路を形成し、作動範囲を拡大することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明によると、回転駆動される回転軸と、この回転軸に固定され吸入流体を圧縮するインペラと、該インペラからの流体を前記回転軸の半径方向に案内するディフューザ流路と、このディフューザ流路に流れる流体の一部を前記ディフューザ流路における下流側位置から上流側位置まで循環流体として戻す循環流路と、を有する遠心圧縮機であって、
前記循環流路は、前記下流側位置において前記ディフューザ流路に開口する下流側開口と、前記上流側位置において前記ディフューザ流路に開口する上流側開口と、を有し、
前記循環流路は、その中間部から前記上流側開口へ向かって、前記回転軸の軸方向に対し前記回転軸の周方向に傾いた方向に延びており、これにより、前記上流側開口から前記ディフューザ流路内へ流れ出す循環流体速度は、前記周方向の速度成分を有する、ことを特徴とする遠心圧縮機が提供される。
【００１０】
上述の本発明では、前記循環流路は、その中間部から前記上流側開口へ向かって、前記回転軸の軸方向に対し前記回転軸の周方向に傾いた方向に延びており、これにより、前記上流側開口から前記ディフューザ流路内へ流れ出す循環流体速度は、前記周方向の速度成分を有するので、周方向の速度成分を有する前記インペラからの流体と下流側開口からの循環流体とにより見かけ上の流量が増して、遠心圧縮機の安定流量範囲を低流量側に一層拡大させることができる
また、本発明では、前記循環流路は、その中間部から前記上流側開口へ向かって、前記回転軸の軸方向に対し前記回転軸の周方向に傾いた方向に延びるようにしたので、周方向の速度成分を与えるための複数な形状を有する案内翼を循環流路に設けることなく、低コストで高性能な循環流路を実現できる。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によると、前記ディフューザ流路の少なくとも一部を区画するディフュ−ザ流路区画部材が設けられ、このディフューザ流路区画部材は、上流側貫通孔と下流側貫通孔を有し、
前記循環流路は、前記上流側開口を有する前記上流側貫通孔と、前記下流側開口を有する前記下流側貫通孔と、これら上流側貫通孔および下流側貫通孔に接続される流体管と、から構成され、
前記流体管が、その中間部から前記上流側開口へ向かって、前記回転軸の軸方向に対し前記回転軸の周方向に傾いた方向に延びている。
【００１２】
このように、前記循環流路は、前記上流側開口を有する前記上流側貫通孔と、前記下流側開口を有する前記下流側貫通孔と、これら上流側貫通孔および下流側貫通孔に接続される流体管と、から構成され、前記流体管が、その中間部から前記上流側開口へ向かって、前記回転軸の軸方向に対し前記回転軸の周方向に傾いた方向に延びるようにしているので、案内翼を設計することなく、流体管が延びる方向を調整するだけで、周方向の速度成分を循環流体に与えることができる。
【００１３】
好ましくは、前記流体管の一端が接続される前記上流側貫通孔は、当該流体管の他端が接続される前記下流側貫通孔から前記周方向にずれて位置している。
【００１４】
このように、前記流体管が接続される前記上流側貫通孔は、当該流体管が接続される前記下流側貫通孔から前記周方向にずれて位置しているので、周方向の速度成分を循環流体に効率よく付与することができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によると、前記上流側貫通孔と前記下流側貫通孔は、前記周方向に間隔を置いて複数設けられており、前記流体管は、その一端が複数の前記上流側貫通孔のうち任意のものに着脱可能であり、その他端が複数の前記下流側貫通孔のうち任意のものに着脱可能である。
【００１６】
このように、前記流体管は、前記上流側貫通孔と前記下流側貫通孔に着脱可能であるので、取り付ける上流側貫通孔と下流側貫通孔を選択することで前記流体管を組み替えることができる。従って、循環流路の調整ができる。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態によると、前記循環流路は、前記周方向に複数設けられる。
【００１８】
このように、上述の前記循環流路を前記周方向に複数設けることができる。これら循環流路は、互いに独立していてもよいし、中間部で互いに連通していてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
上述した本発明によると、複雑な形状の案内翼を設けることなく、循環流路からディフューザ流路への流体流れに周方向の速度成分を与えることができ、低コストで高性能な循環流路を形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。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】
図１は、本発明の実施形態による遠心圧縮機１０を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態による遠心圧縮機１０は、回転軸３、インペラ５、ディフューザ流路７、循環流路９などを有する。
【００２２】
回転軸３は、例えば、図示しないタービンインペラに結合されておりタービンインペラの回転により回転駆動されてもよいし、図示しない電動機により回転駆動されてもよいし、他の手段で回転駆動されてもよい。
【００２３】
インペラ５は、回転軸３に固定されており、流体吸込流路１１からの流体を圧縮して半径方向（以下、単に半径方向という）へ吐出する。この例では、流体はガスであるが、液体であってもよい。なお、符号５ａは、インペラ５の羽根を示す。羽根５ａは、回転軸３の周方向（以下、単に周方向という）に複数設けられる。
【００２４】
ディフューザ流路７は、インペラ５からの流体を回転軸３の半径方向に案内する。ディフューザ流路７は、回転軸３の軸方向（以下、単に軸方向という）から見た場合、中心部にインペラ５が位置するドーナツ形状をしている。
【００２５】
循環流路９は、ディフューザ流路７に流れる流体の一部をディフューザ流路７における下流側位置から上流側位置まで循環流体として戻す流路である。
【００２６】
本実施形態による循環流路９について、詳しく説明する。
【００２７】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。図３は、図２において半径方向から見た１つの流体管１５（後述する）とその周辺を示す。即ち、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図であり、図１における複数の流体管１５のうち１つだけを示している。
【００２８】
循環流路９は、前記下流側位置においてディフューザ流路７に開口する下流側開口９ａと、前記上流側位置においてディフューザ流路７に開口する上流側開口９ｂと、を有する。循環流路９は、その中間部から上流側開口９ｂへ向かって、回転軸３の軸方向に対し回転軸３の周方向に傾いた方向に延びており、これにより、上流側開口９ｂからディフューザ流路７内へ流れ出す循環流体速度は、当該周方向の速度成分を有する。当該周方向は、インペラ５からのディフューザ流路７に吐出される流体の旋回方向である。
【００２９】
ディフューザ流路７の少なくとも一部を区画するディフューザ流路区画部材１３が設けられる。図１の例では、ディフューザ流路区画部材１３は、ケーシング１３である。このディフューザ流路区画部材１３は、上流側貫通孔１３ｂと下流側貫通孔１３ａを有する。上流側貫通孔１３ｂと下流側貫通孔１３ａは、軸方向または軸方向成分を有する方向にディフューザ流路区画部材１３を貫通する。なお、図１の例では、ディフューザ流路７は、ケーシング１３と、ケーシング１３に結合され軸方向から見た形状が環状のシールプレート部材１４とにより区画形成されている。
循環流路９は、上流側開口９ｂを有する上流側貫通孔１３ｂと、下流側開口９ａを有する下流側貫通孔１３ａと、これら上流側貫通孔１３ｂおよび下流側貫通孔１３ａに接続される流体管１５と、から構成される。流体管１５は、その中間部から上流側開口９ｂへ向かって、回転軸３の軸方向に対し回転軸３の周方向に傾いた方向に延びており、これにより、上流側開口９ｂからディフューザ流路７内へ流れ出す循環流体の速度は、周方向の速度成分を有する。なお、流体管１５は、金属で形成されていてもよいし、樹脂などの他の材料で形成されていてもよい。
【００３０】
好ましくは、流体管１５が接続される上流側貫通孔１３ｂは、当該流体管１５が接続される下流側貫通孔１３ａから周方向にずれて位置している。即ち、流体管１５は、その一端が、下流側貫通孔１３ａに下流側開口９ａと反対側から接続され、その他端が、この下流側貫通孔１３ａから周方向にずれた上流側貫通孔１３ｂに、上流側開口９ｂと反対側から接続される。
なお、流体管１５と上流側貫通孔１３ｂおよび下流側貫通孔１３ａとの接続は、接着剤でなされてもよいし、流体管１５の前記一端と前記他端にフランジ部を設け、これらフランジ部をネジ等でディフューザ流路区画部材１３に固定することでなされてもよいし、他の適切な手段によりなされてもよい。
【００３１】
図３において、上流側貫通孔１３ｂは、循環流路９の直線状仮想延長部（破線で示す）上が空間となっているように形成される。この構成により、循環流路９から上流側貫通孔１３ｂへ流れ込む流体は周方向の速度成分を有するが、この速度成分がそのまま維持された状態で、上流側貫通孔１３ｂからディフューザ流路７内へ流体が流れ出るようになっている。ただし、循環流路９の前記仮想延長部上が空間となっているように形成されていれば、上流側貫通孔１３ｂの形状は、図３に示す形状に限られず、図４（Ａ）に示す形状や図４（Ｂ）に示す形状であってもよい。図４は図３に対応する。なお、図３、図４において、上流側貫通孔１３ｂ、下流側貫通孔１３ａを透視して実線で示している。
【００３２】
好ましくは、上流側貫通孔１３ｂと下流側貫通孔１３ａは、周方向に間隔を置いて複数設けられており、流体管１５は、その一端が複数の上流側貫通孔１３ｂのうち任意のものに着脱可能であり、その他端が複数の下流側貫通孔１３ａのうち任意のものに着脱可能である。
この場合、流体管１５と上流側貫通孔１３ｂおよび下流側貫通孔１３ａとの接続は、上述のフランジ部をネジ等でディフューザ流路区画部材１３に着脱可能に固定することでなされてもよいし、フィッティングを用いて着脱可能になされてもよいし、他の適切な手段によりなされてもよい。
なお、複数の上流側貫通孔１３ｂと複数の下流側貫通孔１３ａのうち一部のみを使用してもよい。この場合、使用されない（即ち、流体管１５が接続されない）上流側貫通孔１３ｂと下流側貫通孔１３ａには、粘土やシリコン等を押し込んで塞いでもよいし、フィッティングを用いてもよい。フィッティングを用いる場合には、上流側貫通孔１３ｂと下流側貫通孔１３ａに取り付ける側のフィッティング機構を中空部が存在しない中実とし、このフィッティング機構で上流側貫通孔１３ｂ、下流側貫通孔１３ａを塞いでもよい。
【００３３】
上述した本発明の実施形態による遠心圧縮機１０によると、以下の効果が得られる。
【００３４】
（１）循環流路９は、その中間部から上流側開口９ｂへ向かって、回転軸３の軸方向に対し回転軸３の周方向に傾いた方向に延びており、これにより、上流側開口９ｂからディフューザ流路７内へ流れ出す循環流体速度は、周方向の速度成分を有するので、周方向の速度成分を有するインペラ５からの流体と下流側開口９ａからの循環流体とにより見かけ上の流量が増して、遠心圧縮機１０の安定流量範囲を低流量側に一層拡大させることができる。
【００３５】
（２）循環流路９は、その中間部から上流側開口９ｂへ向かって、回転軸３の軸方向に対し回転軸３の周方向に傾いた方向に延びるようにしたので、周方向の速度成分を与えるための複数な形状を有する案内翼を循環流路９に設けることなく、低コストで高性能な循環流路９を実現できる。
【００３６】
（３）循環流路９は、上流側開口９ｂを有する上流側貫通孔１３ｂと、下流側開口９ａを有する下流側貫通孔１３ａと、これら上流側貫通孔１３ｂおよび下流側貫通孔１３ａに接続される流体管１５と、から構成され、流体管１５が、その中間部から上流側開口９ｂへ向かって、回転軸３の軸方向に対し回転軸３の周方向に傾いた方向に延びるようにしているので、案内翼を設計することなく、流体管１５が延びる方向を調整するだけで、周方向の速度成分を循環流体に与えることができる。
【００３７】
（４）流体管１５が接続される上流側開口９ｂは、同じ流体管１５が接続される下流側開口９ａから周方向にずれて位置しているので、周方向の速度成分を循環流体に効率よく付与することができる。即ち、下流側開口９ａから上流側開口９ｂへ向かう周方向は、インペラ５からの流体の旋回方向（回転軸３の回転方向）であるので、この旋回方向の速度成分を循環流体に効率よく付与することができる。
【００３８】
（５）流体管１５は、上流側貫通孔１３ｂと下流側貫通孔１３ａに着脱可能であるので、取り付ける上流側貫通孔１３ｂと下流側貫通孔１３ａを選択することで流体管１５を組み替えることができる。従って、循環流路９の調整ができる。
【００３９】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４０】
上述の実施形態では、図２のように、半径方向の２箇所（即ち、前記下流側位置と前記上流側位置）に、それぞれ下流側貫通孔１３ａと上流側貫通孔１３ｂを形成したが、本発明によると、半径方向の３箇所以上に、貫通孔を形成して、これら貫通孔のうち、最下流に位置する貫通孔１３ａと最上流に位置する貫通孔１３ｂとの中間に位置する貫通孔は、下流側貫通孔１３ａまたは上流側貫通孔１３ｂとして使用できる。例えば、図２に対応する図５のように、半径方向の３箇所に貫通孔１３ａ、１３ｂ、１３ｃを形成し、中間の貫通孔１３ｃを下流側貫通孔１３ａまたは上流側貫通孔１３ｂとして使用できる。この場合、使用する貫通孔１３ａ、１３ｂ、１３ｃを任意に選択し、選択した下流側貫通孔１３ａまたは１３ｃと上流側貫通孔１３ｂまたは１３ｃに流体管１５の両端をそれぞれ接続する。この場合も、流体管１５を周方向に複数設けるのがよい。また、使用しない貫通孔１３ａ、１３ｂ、１３ｃには、上述のように粘土やシリコン等で埋め込んで、これら貫通孔１３ａ、１３ｂを塞ぐ。他の構成は、上述の実施形態と同じであってよい。
【００４１】
流体管１５を設ける代わりに、ケーシング１３などディフューザ流路７を区画する部材の内部に本発明の循環流路９を形成してもよい。この場合、他の構成は、上述の実施形態と同じであってよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態による遠心圧縮機の要部を示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。
【図４】上流側貫通孔の他の形状を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す。
【図６】特許文献１に記載の遠心圧縮機を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
３  回転軸、５  インペラ、５ａ  インペラの羽根、７  ディフューザ流路、９  循環流路、９ａ  下流側開口、９ｂ  上流側開口、１０  遠心圧縮機、１１  流体吸込流路、１３  ケーシング（ディフューザ流路区画部材）、１３ａ  下流側貫通孔、１３ｂ  上流側貫通孔、１３ｃ  中間貫通孔、１４  シールプレート部材、１５  流体管、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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