(57)【要約】【課題】  高効率で、高圧力が得られ、これにより大容量であってコンパクトなターボ圧縮機を提供することを目的とする。【解決手段】  内側に単一または複数のスクロールを第一スクロール入口２３および第二スクロール入口２５として有する環状の渦流路２１が形成されたケーシング７と、スクロールの内面に沿って旋回する複数の渦流翼９が周方向に略等間隔に渦流ハブ１１に配設された渦流インペラ５と、第一スクロール入口２３および第二スクロール入口２５へ流体を供給するところの渦流インペラ５と略同等の回転速度を有した遠心インペラ３と、が備えられたことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に単一または複数のスクロールを流入口部として有する環状の流路が形成されたケーシングと、
前記スクロールの外周に沿って旋回するところの複数の翼が周方向に略等間隔に第一のハブに配設された渦流インペラと、
前記スクロールの流入口部へ流体を供給するところの前記渦流インペラと同一速度で回転する流体供給手段と、
が備えられたことを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項２】
前記流体供給手段は、前記第一のハブよりも上流側に配設された第二のハブの周囲に略等間隔に配設された複数の遠心翼を有する遠心インペラによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機。
【請求項３】
前記流体供給手段は、前記第一のハブよりも上流側に配設された第二のハブの周囲に略等間隔に配設された複数の斜流翼を有する斜流インペラによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機。
【請求項４】
前記流体供給手段は、前記第一のハブよりも上流側に配設された第二のハブの周囲に略等間隔に配設された複数の軸流翼を有する軸流インペラによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のターボ圧縮機。
【請求項５】
第一のハブで成る渦流インペラと、第二のハブで成る請求項２から請求項４に記載された前記遠心インペラ、前記斜流インペラおよび前記軸流インペラの内の少なくとも１つと、が同一軸でかつ同一回転数または異なる回転数にて回転するように構成されていることを特徴とするターボ圧縮機。
【請求項６】
前記スクロールの流入口部は、周方向に略等間隔に複数備えられ、該各流入口部に対応して前記流路から流体を吐出する流体出口管路が備えられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のターボ圧縮機。
【請求項７】
前記渦流インペラと前記流体供給手段との組合せが、その軸線方向に複数備えられ、
隣り合う前記流路と流体供給手段の流体入口とを接続する流体通路が備えられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のターボ圧縮機。
【請求項８】
少なくとも２段目以降の前記流体供給手段は、軸流翼を有する軸流インペラで構成されていることを特徴とする請求項６に記載のターボ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ターボ圧縮機は、低圧大流量でコンパクトな圧縮機としてよく用いられている。ターボ圧縮機に用いられるインペラの周速度は、強度面の制約によってアルミ製の場合約５００ｍ／ｓ、チタン製の場合約７００ｍ／ｓが限界である。空気を圧縮する場合には、この制約周速度でインペラを回しても圧力比が１１〜１２となり、十分な圧縮を行なうことができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８３６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このターボ圧縮機を水素やヘリウムという低分子量ガスの圧縮に用いる場合、この制約周速度でインペラを回しても、圧力比が１．１〜１．２に留まる。このため、低分子量ガス、例えば水素を圧縮する場合、所要の圧力比、例えば約４０を得るためには、３５段前後の設備が必要となるので、設備が大型化し、高コストになるという問題があった。
また、水素の場合には可燃性ガスであるのでシール性能を高める必要があるためインペラの周速度をできるだけ低くする必要がある。このため、圧力比がさらに低下し、一層設備が大型化することになる。
このため、現在では水素の圧縮には、高圧の得られる往復動圧縮機が用いられている状況にある。しかし、往復動圧縮機では流量が小さいので、現在の水素製造プラントの製造能力には対応できるが、将来水素社会が実現し、水素製造プラントの製造能力が格段に増加した場合には対応できなくなるという問題があった。
【０００５】
したがって、大流量を可能とするターボ圧縮機で水素を圧縮することが求められている。高圧を得られるターボ圧縮機として、例えば特許文献１に示されるような渦流圧縮機がある。
渦流圧縮機は環状の渦流路内を周方向に多数設けられた渦流翼が渦流インペラの回転に伴って、入口から導入された流体を押圧して螺旋状に旋回させつつ移動させるものである。流体は出口に到るまでに渦流翼によって数回に亘り繰り返し加圧されるので、比較的高圧が得られるものである。
しかしながら、特許文献１に示されるものは、入口から導入される流体が渦流翼の周速になるまで加速される期間、言い換えると助走期間が必要で、その間に圧力損失が生じるため、効率が悪くなる。また、この圧力損失は渦流インペラの周速度が高くなるほど大きくなる。
このため、渦流圧縮機の効率は、例えば遠心圧縮機に比べて約半分の効率であるため、大型で大動力を要する圧縮機に用いることは検討されることもなかった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み、高効率で、高圧力が得られ、これにより大容量であってコンパクトなターボ圧縮機を提供することを目的とする。また、水素製造プラント等の低分子量ガスを大容量かつ高圧力比に圧縮する際にコンパクトなターボ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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるターボ圧縮機は、内側に単一または複数のスクロールを流入口部として有する環状の流路が形成されたケーシングと、前記スクロールの外周に沿って旋回するところの複数の渦流翼が周方向に略等間隔に第一のハブに配設された渦流インペラと、前記スクロールの流入口部へ流体を供給するところの前記渦流インペラと同一速度で回転する流体供給手段と、が備えられたことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、流体は流体供給手段によって周方向に渦流インペラの周速度と略同等の速度を有した状態で流路に設けられた流入口部から流路に導入されるので、流体は導入された時点から渦流翼の周速度と略同等の周速度を有していることになる。このため、流体と渦流翼との速度差に起因する圧力損失を生じないので、圧縮を高効率で行なうことができる。
また、流路に導入された流体は、第一のハブの回転に伴う渦流翼の旋回に伴って渦流翼に押圧されて、流路内で螺旋状に旋回させられつつ移動させられる。このため、流体は出口に到るまでに渦流翼によって押圧される時と押圧さない時が交互に繰り返されることになる。すなわち、流体は渦流翼によって数回に亘り繰り返し加圧されることになるので、圧力比が高く、高圧力に圧縮されることができる。
このように、流体を高効率でかつ高圧力に圧縮することができるので、水素製造プラント等の低分子量ガスを大容量かつ高圧力比に圧縮する際にコンパクトなターボ圧縮機に構成することができる。
【０００９】
また、本発明にかかるターボ圧縮機では、前記流体供給手段は、前記第一のハブよりも上流側に配設された第二のハブの周囲に略等間隔に配設された複数の遠心翼を有する遠心インペラによって構成されていることを特徴とする。
【００１０】
このように、渦流インペラの上流側に遠心インペラが配設されているので、遠心インペラによって旋回流速が与えられた流体は、渦流翼の周速度と略同等の速度と移動方向を有して流入口部から流路へ導入させることができる。このため、流体と渦流翼との速度差に起因する圧力損失を生じないので、圧縮を高効率で行なうことができる。
また、流路に導入された流体は、前記したように渦流翼によって数回に亘り繰り返し加圧されることになるので、圧力比が高く、高圧力に圧縮されることができる。
このように、流体を高効率でかつ高圧力に圧縮することができるので、水素製造プラント等の低分子量ガスを大容量かつ高圧力比に圧縮する際にコンパクトなターボ圧縮機に構成することができる。
【００１１】
また、本発明にかかるターボ圧縮機では、前記流体供給手段は、前記第一のハブよりも上流側に配設された第二のハブの周囲に略等間隔に配設された複数の斜流翼を有する斜流インペラによって構成されていることを特徴とする。
【００１２】
このように、渦流インペラの上流側に斜流インペラが配設されているので、斜流インペラによって旋回流速が与えられた流体は、渦流翼の周速度と略同等の速度と移動方向を有して流入口部から流路へ導入させることができる。このため、流体と渦流翼との速度差に起因する圧力損失を生じないので、圧縮を高効率で行なうことができる。
また、斜流インペラから排出される流体には下流側へ向けた速度成分があるので、流体の流入口部への流れがスムーズに行なうことができる。このため、この部分での不要な圧力損失が少なくなるので、圧縮を一層高効率に行なうことができる。
さらに、流路に導入された流体は、前記したように渦流翼によって数回に亘り繰り返し加圧されることになるので、圧力比が高く、高圧力に圧縮されることができる。
このように、流体を高効率でかつ高圧力に圧縮することができるので、水素製造プラント等の低分子量ガスを大容量かつ高圧力比に圧縮する際にコンパクトなターボ圧縮機に構成することができる。
【００１３】
また、本発明にかかるターボ圧縮機では、前記流体供給手段は、前記第一のハブよりも上流側に配設された第二のハブの周囲に略等間隔に配設された複数の軸流翼を有する軸流インペラによって構成されていることを特徴とする。
【００１４】
このように、渦流インペラの上流側に軸流インペラが配設されているので、軸流インペラによって旋回流速が与えられた流体は、渦流翼の周速度と略同等の速度と移動方向を有して流入口部から流路へ導入させることができる。このため、流体と渦流翼との速度差に起因する圧力損失を生じないので、圧縮を高効率で行なうことができる。
また、軸流インペラから排出される流体には下流側へ向けた速度成分があるので、流体の流入口部への流れがスムーズに行なうことができる。このため、この部分での不要な圧力損失が少なくなるので、圧縮を一層高効率に行なうことができる。
さらに、流路に導入された流体は、前記したように渦流インペラによって数回に亘り繰り返し加圧されることになるので、圧力比が高く、高圧力に圧縮されることができる。
このように、流体を高効率でかつ高圧力に圧縮することができるので、水素製造プラント等の低分子量ガスを大容量かつ高圧力比に圧縮する際にコンパクトなターボ圧縮機に構成することができる。
【００１５】
また、本発明にかかるターボ圧縮機では、第一のハブで成る渦流インペラと、第二のハブで成る請求項２から請求項４に記載された前記遠心インペラ、前記斜流インペラおよび前記軸流インペラの内の少なくとも１つと、が同一軸でかつ同一回転数または異なる回転数にて回転するように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
このように、遠心インペラ、斜流インペラおよび軸流インペラの内の少なくとも１つと渦流インペラとが同一軸でかつ同一回転数または異なる回転数にて回転するように構成されているので、水素製造プラント等の低分子量ガスを大容量かつ高圧力比に圧縮する際にコンパクトなターボ圧縮機に構成することができる。
【００１７】
また、本発明にかかるターボ圧縮機では、前記流入口部は、周方向に略等間隔に複数備えられ、該各流入口部に対応して前記流路から流体を吐出する流体出口管路が備えられていることを特徴とする。
【００１８】
このように、流入口部は、周方向に略等間隔に複数備えられ、各流入口部に対応して流体出口管路が備えられているので、流入口部の個数を調整すれば流体が入って出るまでの距離を調整することができる。
渦流翼による加圧量は、この距離によって増減される、すなわち、この距離が長くなれば、渦流翼による加圧量は大きくなり流体はより高圧力になり、反対にこの距離が短くなれば、渦流翼による加圧量は小さくなりそれほど高圧力にならないので、流入口部の数を調整することによってターボ圧縮機の圧力比を調整することができる。
一方、流体の流量は、流体の流入口部および出口の数によって増減される、すなわち、数が多くなれば流量は増加し、少なくなれば流量は減少するので、流入口部の数を調整することによってターボ圧縮機の流量を調整することができる。
したがって、用途に対応して最適な圧力上昇と流量との関連を調整することができる。
【００１９】
また、本発明にかかるターボ圧縮機は、前記渦流インペラと前記流体供給手段との組合せが、その軸線方向に複数備えられ、隣り合う前記流路と流体供給手段の流体入口とを接続する流体通路が備えられていることを特徴とする。
【００２０】
このように、渦流インペラと流体供給手段との組合せが、その軸線方向に複数備えられ、隣り合う流路と流体供給手段の流体入口とを接続する流体通路が備えられているので、１段目の渦流インペラによって加圧された流体は流体通路を通って次段の流体供給手段に流入され次段の渦流インペラによってさらに加圧される。これが各段毎に繰り返されることによって、流体は等比級数的に加圧され、格段な高圧力となる。
なお、流体供給手段としては、各段毎に、複数段毎に、あるいは単段と複数段との組み合わせ等で種類を異ならせてもよい。
【００２１】
また、本発明にかかるターボ圧縮機では、少なくとも２段目以降の前記流体供給手段は、軸流翼を有する軸流インペラで構成されていることを特徴とする。
【００２２】
軸流インペラは、流体の流入部分の位置がハブの軸線中心から離隔した位置でよいので、渦流インペラを出た流体がハブの軸線中心の方向へ流れる流路を少なくできる。このため、流体の圧力損失が一層小さくできるので、圧縮効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、流体は流体供給手段によって周方向に渦流インペラの周速度と略同等の速度を有した状態で流路に設けられた流入口部から流路に導入されるので、圧縮を高効率で行なうことができる。
また、流路に導入された流体は、渦流翼によって数回に亘り繰り返し加圧されることになるので、圧力比が高く、高圧力に圧縮されることができる。
このように、流体を高効率でかつ高圧力に圧縮することができるので、水素製造プラント等の低分子量ガスを大容量かつ高圧力比に圧縮する際にコンパクトなターボ圧縮機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態にかかるターボ圧縮機１について、図１〜図６を用いて説明する。
図１は、本実施形態のターボ圧縮機１の概略構成を一部を破断して示す斜視図である。図２は、ターボ圧縮機１の軸線に垂直な平面で切断した断面図である。図３は図２のX断面、図４は図２のY断面、図５は図２のZ断面、図６は図２のV断面である。
ターボ圧縮機１には、図示しない駆動源によって回転駆動される遠心インペラ３と、渦流インペラ５と、これらの外周を覆うように設けられたケーシング７と、が備えられている。
【００２５】
遠心インペラ３と渦流インペラ５とは同一軸線上に隣り合って配置されている。
以後、本明細書では、遠心インペラ３側を軸線に沿った前側とし、渦流インペラ５側を軸線に沿った後側と言うこととする。
遠心インペラ３および渦流インペラ５は、回転軸２の外周に固定して取り付けられており、遠心インペラ３および渦流インペラ５は回転軸２と一体となって、前側から見て反時計方向に回転されるように構成されている。
渦流インペラ５には、複数の渦流翼（翼）９が略等間隔に設けられている。渦流翼９は、例えば、渦流ハブ（第一のハブ）１１の外周に後側部分を残して、前側に半径方向に複数の溝を刻設することで形成されている。この溝の底部は半径方向の断面で円弧形状をしている。
遠心インペラ３の外周面は、内側に凸な曲率を持つ曲面で形成されている。この曲面は後側が軸線に略直交する程度に大きな曲率で形成されており、ここに周方向に複数の遠心翼１３が設けられている。
遠心翼１３は、例えば、遠心ハブ（第二のハブ）１７の外周に半径方向に複数の溝を刻設することで形成されている。この溝が、流体の流路となる。
【００２６】
ケーシング７の前側は、円形の開口が形成されており、流体、例えば水素の入口部１５を構成している。
ケーシング７の渦流翼９を囲う位置には、内面に周方向に延在する溝１９が設けられている。
渦流ハブ１１とケーシング７の溝１９とによって、周方向に連続した、すなわち環状の渦流路（流路）２１が形成されている。渦流ハブ１１から外側に突起して設けられた渦流翼９は、渦流インペラ５が回転することによって渦流路２１に沿って移動することになる。
【００２７】
溝１９の内側端部には、回転軸３の軸線中心を挟んで対向する位置に、周方向に延在して矩形状に切り欠かれた第一スクロール入口（流入口部）２３と第二スクロール入口（流入口部）２５が設けられている。
遠心翼１３の外周端とケーシング７の内周面との間には、第一スクロール入口２３の下流側から第二スクロール入口２５へ向けて第二入口流路２９および第二スクロール入口２５の下流側から第一スクロール入口２３へ向けて第一入口流路２７が設けられている。
第一入口流路２７および第二入口流路２９は、遠心インペラ３から排出される流体を第一スクロール入口２３あるいは第二スクロール入口２５へ案内するものであり、流体流れ方向に進行するにしたがい流路断面積が増加するスクロール状の流路とされている。
【００２８】
図３〜図６には、第二入口流路２９の断面が示されており、第二入口流路２９は図３から図６へと流体流れ方向に進行するにしたがい流路断面積が増加している状態が見て取れる。
第一入口流路２７および第二入口流路２９の下流側は、流路断面積が漸増するとともに、流路が徐々に後側に傾斜して第一スクロール入口２３あるいは第二スクロール入口２５と連通されるように構成されている（図６参照）。これは遠心インペラ３によって半径方向外側に排出される流体の流れを第一スクロール入口２３および第二スクロール入口２５の軸流方向に転向させるためである。
【００２９】
第二スクロール入口２５の上流側の渦流路２１には、第一スクロール入口２３から導入された流体を吐出する第一出口管路（流体出口管路）３１が接続されている。
第一スクロール入口２３の上流側の渦流路２１には、第二スクロール入口２５から導入された流体を吐出する第二出口管路（流体出口管路）３３が接続されている。
第一出口管路３１および第二出口管路３３は、渦流路２１の接線方向に延在するように設けられている。
【００３０】
渦流路２１の略中心部には、渦流路２１に沿って延設されたシュラウドリング３５が固定した状態で配設されている。渦流インペラ２１の先端部は、シュラウドリング３５の後側下面に沿った形状とされ、シュラウドリング３５に近接して移動するようにされている。これにより、渦流路２１は横断面がドーナツ形状となり、流路の中心領域または渦流翼９の先端領域での不明瞭な流れが無くなり、この領域でのエネルギ損失が防止される。
シュラウドリング３５の上面部には、渦流インペラ２１に対向するように、複数のガイドバネ３７が周方向に等間隔に配設されている。これにより、渦流路２１内の螺旋状の流れが円滑になり、圧縮効率が高くなる。
【００３１】
以上、説明した本実施形態にかかるターボ圧縮機１の動作について説明する。
回転軸２を回動させると、遠心インペラ３および渦流インペラ５は前側から見て反時計回りに回転する。遠心インペラ３および渦流インペラ５の回転に伴い、一体に構成された遠心翼１３および渦流翼９が回転する。この状態で流体を入口部１５に供給して圧縮動作を開始する。
入口部１５から導入された流体は、遠心インペラ３に流入する。流体は遠心インペラ３を通過する際、回転する遠心翼１３によって周方向および半径方向外側向けた速度成分を与えられて遠心翼１３から第一入口流路２７および第二入口流路２９へ流出される。
第一入口流路２７に流出された流体は第一入口流路２７に沿って案内され、半径方向外側の速度成分を軸線方向に転向されつつ、集められて第一スクロール入口２３から渦流路２１に導入される。同様に、第二入口流路２９に流出された流体は、第二スクロール入口２５から渦流路２１に導入される。
【００３２】
渦流路２１に導入された流体は、渦流翼９によって押圧され、例えば、図１に示す旋回軌跡３９のように渦流路２１内で螺旋状に旋回させられつつ移動する。
この時、旋回軌跡３９中で、渦流翼９と重なった部分において、流体は渦流インペラ２１によって繰り返し押圧され、高圧力に圧縮される。
そして、第一スクロール入口２３から導入された流体は第一出口管路３１から、第二スクロール入口２５から導入された流体は、第二出口管路３３から吐出される。
【００３３】
以下、本実施形態の作用・効果について説明する。
遠心翼１３と渦流翼９とは同じ回転軸２に配設されているので、同一角速度で回転することになる。
遠心翼１３の外周端は渦流路２１の第一スクロール入口２３および第二スクロール入口２５に近接して設けられているので、遠心翼１３の外周速度は、渦流翼９の周速度と略等しい速度となる。
このため、遠心翼１３によって旋回流速が与えられた流体は、渦流翼９の周速度と略同等の周方向速度を有して第一スクロール入口２３および第二スクロール入口２５から渦流路２１へ導入されることになるので、流体と渦流翼９との速度差に起因する圧力損失を生ずることがなく、圧縮を高効率で行なうことができる。
【００３４】
また、渦流路２１に導入された流体は、渦流インペラ５の回転に伴う渦流翼９の旋回によって渦流翼９に押圧されて、渦流路２１内で螺旋状に旋回させられつつ移動させられる。
このため、流体は出口に到るまでに渦流翼９によって押圧される時と押圧さない時が交互に繰り返されることになる。すなわち、流体は渦流翼９によって数回に亘り繰り返し加圧されることになるので、前記高効率化と併せ、圧力比が高く、高圧力に圧縮されることができる。
【００３５】
本実施形態にかかるターボ圧縮機１では、流体として水素を用いる場合でも圧力比は１．３〜１．５となる。これは、従来の遠心圧縮機の圧力比１．１〜１．２と比べて格段に高いものである。
すなわち、圧力比は入口で１のものが、出口でいくらに成るかという比を示すもので、その間の圧力上昇幅は圧力比から１を除算した値となる。この圧力上昇幅で比較すると、本実施形態のターボ圧縮機は従来の遠心圧縮機の３〜４倍程度になる。
これは、例えば、圧力比約４０を求められた場合、従来の遠心圧縮機では、３０〜４０台直列接続あるいは１台で３０〜４０段の圧縮段を備えたものが必要であったのに対して、本実施例のターボ圧縮機１では、１０台直列接続あるいは１０段の圧縮段を備えた１台でよい。
このように、同等の能力を備える場合には、従来の遠心圧縮機に比べて格段に設備がコンパクトに構成することができ、設備コストを抑えることができる。
【００３６】
なお、この場合、全てをターボ圧縮機１で行なうのではなく、初期の圧力が低く、容積が多い段階でターボ圧縮機１を用い、圧力が高くなり容積が減少した段階から往復動式圧縮機を用いるような使用も考えられる。
例えば、圧力比２０までをターボ圧縮機１で行い、それ以後を往復動式圧縮機で行なう場合には、ターボ圧縮機１を５台と往復動式圧縮機を１台で処理できることになる。
【００３７】
なお、本実施形態では、流入口部（第一スクロール入口２３および第二スクロール入口２５）が、回転軸３の軸線中心を挟んで対向する位置の２箇所に設けられ、各流入口部に対応して流体出口管路（第一出口管路３１および第二出口管路３３）が設けられている。すなわち、流入口部から導入された流体は、渦流路２１を半周送られ、流体出口管路から排出されるので、言い換えると、渦流路２１が周方向に二分割されていることになる。
しかし、本発明はこれに限定されることはなく、流入口部が１箇所で渦流路２１が分割されないようにしてもよい。また、流入口部が周方向に略等間隔に３箇所以上設けられ、渦流路２１が３等分以上に分割されていてもよい。
【００３８】
図７に示されるものは、流入口部が周方向に４箇所設けられ、渦流路２１が４分割されているターボ圧縮機１である。
図７は、ターボ圧縮機１の軸線に垂直な平面で切断した断面図で、その略上半分を示している。
図７には、第二スクロール入口２５から周方向に四分の一周離れた位置に第三スクロール入口２６が設けられ、第三スクロール入口２６の上流側に第三入口流路２８が設けられている。また、第三スクロール入口２６の上流側には、第二スクロール入口２５から渦流路２１へ導入された流体が流出される第二出口管路３３が設けられている。
図７では、図示を省略した下半分にも、スクロール入口が２箇所設けられており、スクロール入口は都合４箇所周方向に等間隔に設けられている。そして、各スクロール入口に対応して出口管路が設けられているので、各スクロール入口から導入された流体は、渦流路２１の略四分の一周を通り出口管路に流出されることとなる。
【００３９】
図７に示されるものでは第一実施形態に比べて渦流路２１を通過する距離が減少するので、渦流翼９から受ける加圧量は小さくなり、圧力上昇は小さくなる。
一方、スクロール入口の数が増加するので、流体の流量は多くなる。
このように、スクロール入口の数を調整することによってターボ圧縮機の流量を調整することができるので、用途に対応して最適な圧力上昇と流量との関連を調整することができる。
【００４０】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図８を用いて説明する。
図８は、ターボ圧縮機１の軸線中心に沿った縦断面の上半分を示す断面図である。
本実施形態におけるターボ圧縮機１は、流体供給手段として斜流インペラ４０を用いている点で前述した第一実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第一実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００４１】
本実施形態では、斜流インペラ４０の外周面は、内側に凸な曲率を持つ曲面で形成されている。この曲面は、回転軸２の近傍から渦流路２１まで軸線となす傾斜角度が略４５度程度の円錐面にそって小さな曲率で形成されており、ここに周方向に略等間隔に複数の斜流翼４１が設けられている。
斜流翼４１は、例えば、斜流ハブ（第二のハブ）４２の外周に半径方向に複数の溝を刻設することで形成されている。この溝が、流体の流路となる。
斜流翼４１の外周端は、第二スクロール入口２５（第一スクロール入口２３）に近接して配置されている。
第二入口流路２９（第一入口流路２７）は、この曲面の延長部を構成するように傾斜して形成されている。
【００４２】
以上説明した本実施形態にかかるターボ圧縮機１の動作について説明する。
圧縮動作の開始および渦流路２１における加圧動作については、第一実施形態と同様であるので、説明を省略する。
入口部１５から導入された流体は、斜流インペラ４０に流入する。流体は斜流インペラ４０を通過する際、回転する斜流翼４１によって周方向および斜め方向外側向けの速度成分を与えられて斜流インペラ４０から第二入口流路２９（第一入口流路２７）へ流出される。
第二入口流路２９（第一入口流路２７）に流出された流体は、斜め方向外側向けに傾斜している第二入口流路２９（第一入口流路２７）に沿って案内され、集められて第二スクロール入口２５から渦流路２１に導入される。同様に、第一入口流路２７に流出された流体は、第一スクロール入口２３から渦流路２１に導入される。
【００４３】
本実施形態では、第一実施形態の作用・効果に加えて以下の作用・効果を奏するものである。
すなわち、斜流インペラ４１を出た流体には下流側へ向けた速度成分があるので、第一スクロール入口２３および第二スクロール入口２５への流体導入をスムーズに行なうことができる。このため、この部分での不要な圧力損失が少なくなるので、圧縮は一層高効率に行なうことができる。
【００４４】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について、図９を用いて説明する。
図９は、ターボ圧縮機１の軸線中心に沿った縦断面の上半分を示す断面図である。
本実施形態におけるターボ圧縮機１は、流体供給手段として軸流インペラ４４を用いている点で前述した第一実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第一実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００４５】
本実施形態では、軸流インペラ４４の外周面は、内側に凸な小さな曲率を持つ曲面で形成され、その前側には、周方向に略等間隔に複数の軸流翼４３が設けられている。
軸流翼４３は、例えば、軸流ハブ（第二のハブ）４６の外周に半径方向に複数の溝を刻設することで形成されている。この溝が、流体の流路となる。
軸流ハブ４６とケーシング３との間に形成される入口部１５の半径方向中心位置は、第二スクロール入口２５の半径方向内側位置と略同じ位置になっている。
軸流翼４３の外周端は、第二スクロール入口２５（第一スクロール入口２３）の半径方向略中間部に位置するように配置されている。
第二入口流路２９（第一入口流路２７）は、この曲面の延長部を構成するように傾斜して形成されている。
【００４６】
以上説明した本実施形態にかかるターボ圧縮機１の動作について説明する。
圧縮動作の開始および渦流路２１における加圧動作については、第一実施形態と同様であるので、説明を省略する。
入口部１５から導入された流体は、軸流インペラ４４に流入する。流体は軸流インペラ４４を通過する際、回転する軸流翼４１によって周方向および軸線方向の速度成分を与えられて軸流インペラ４４から第二入口流路２９（第一入口流路２７）へ流出される。
第二入口流路２９（第一入口流路２７）に流出された流体は、第二入口流路２９（第一入口流路２７）に沿って案内され、集められて第二スクロール入口２５から渦流路２１に導入される。同様に、第一入口流路２７に流出された流体は、第一スクロール入口２３から渦流路２１に導入される。
【００４７】
本実施形態では、第一実施形態の作用・効果に加えて以下の作用・効果を奏するものである。
すなわち、軸流インペラ４４を出た流体には、半径方向外側に向けた速度成分がなく下流側へ向けた速度成分があるので、第一スクロール入口２３および第二スクロール入口２５への流体導入をスムーズに行なうことができる。このため、この部分での不要な圧力損失が少なくなるので、圧縮は一層高効率に行なうことができる。
【００４８】
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態について、図１０を用いて説明する。
図１０は、ターボ圧縮機１の軸線中心を通る平面で切断した断面の上半分図である。
ターボ圧縮機１には、第二実施形態に示される斜流インペラ４１と渦流インペラ２１との組合せが軸線方向に複数、例えば、３段設けられている。
ケーシング３には、渦流インペラ５の各渦流翼９と組み合わされて渦流路２１が形成されている。
渦流路２１の流出口と次段の斜流インペラ４０との間には、渦流インペラ出口スクロール４５およびリターンベンド４７とが設けられている。
上流端側の入口部１５には、外周側から軸線中心に向かう入口流路１４が接続されている。
下流端側の渦流路２１には、外周側に向かう出口流路１６が接続されている。
【００４９】
以上説明した本実施形態にかかるターボ圧縮機１の動作について説明する。
圧縮動作の開始および渦流路２１における加圧動作については、第一実施形態と同様であるので、説明を省略する。
入口流路１４から供給された流体は、１段目の入口部１５に流入する。流体は斜流インペラ４０を通過する際、回転する斜流翼４１によって周方向および斜め方向外側向けの速度成分を与えられて斜流インペラ４０から渦流路２１へ流出される。
渦流路２１で加圧された流体は、渦流インペラ出口スクロール（流体通路）４５およびリターンベンド（流体通路）４７を通って、軸線中心の近くに位置している２段目の斜流インペラ４０の入口部１５へ供給される。
【００５０】
この流体は、次段の斜流翼４１および渦流翼９によってさらに加圧される。これを繰り返して、最終段の渦流路２１から出口流路１６を通って排出される。
このように、流体は各段の斜流翼４１および渦流翼９によって等比級数的に加圧され、格段な高圧力とされ吐出される。
すなわち、一軸多段の高圧力ターボ圧縮機を構成することができる。
なお、斜流インペラ４０に替えて、遠心インペラ３あるいは軸流インペラ４４を用いてもよい。
【００５１】
［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態について、図１１を用いて説明する。
図１１は、ターボ圧縮機１の軸線中心を通る平面で切断した断面の上半分図である。
ターボ圧縮機１には、最上段に、第二実施形態に示される斜流インペラ４０と渦流インペラ５との組合せが、下流側段に、第三実施形態に示される軸流インペラ４４と渦流インペラ５との組合せが軸線方向に複数、例えば、２段設けられている。
ケーシング３には、ハブ５の各渦流翼９と組み合わされて渦流路２１が形成されている。
渦流路２１の流出口と次段の供給流路１７との間には、渦流インペラ出口スクロール４５およびリターンベンド４７とが設けられている。
上流端側の斜流インペラ４０には軸線方向に向かう入口流路１８が接続されている。
下流端側の渦流路２１には、外周側に向かう出口流路１６が接続されている。
【００５２】
以上説明した本実施形態にかかるターボ圧縮機１の動作について説明する。
圧縮動作の開始および渦流路２１における加圧動作については、第一実施形態と同様であるので、説明を省略する。
入口流路１８から供給された流体は、１段目の入口部１５に流入する。流入された流体は斜流インペラ４０を通過する際、回転する斜流翼４１によって周方向および斜め方向外側向けの速度成分を与えられて斜流インペラ４０から渦流路２１へ流出される。
渦流路２１で渦流翼９によって加圧された流体は、渦流インペラ出口スクロール（流体通路）４５およびリターンベンド（流体通路）４７を通って、２段目の軸流インペラ４３への入口部１５へ供給される。
【００５３】
この流体は、次段の軸流翼４３および渦流翼９によってさらに加圧される。これを繰り返して、最終段の渦流路２１から出口流路１６を通って排出される。
このように、流体は各段の斜流翼４１、軸流翼４３および渦流翼９によって等比級数的に加圧され、格段な高圧力とされ吐出される。
すなわち、一軸多段の高圧力ターボ圧縮機を構成することができる。
また、次段以降に軸流インペラ４４を用いているので、渦流路２１から流出した流体を内側に向けて大きく流す必要がなくなる。このため、この部分での不要な圧力損失が少なくなるので、圧縮は一層高効率に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第一実施形態にかかるターボ圧縮機の概略構成を一部を破断して示す斜視図である。
【図２】本発明の第一実施形態にかかるターボ圧縮機の軸線に垂直な平面で切断した断面図である。
【図３】本発明の図２のX断面図である。
【図４】本発明の図２のY断面図である。
【図５】本発明の図２のZ断面図である。
【図６】本発明の図２のV断面図である。
【図７】本発明のターボ圧縮機の別の実施形態を示し、軸線に垂直な平面で切断した部分断面図である。
【図８】本発明の第二実施形態にかかるターボ圧縮機の軸線中心に沿った縦断面の上半分を示す断面図である。
【図９】本発明の第三実施形態にかかるターボ圧縮機の軸線中心に沿った縦断面の上半分を示す断面図である。
【図１０】本発明の第四実施形態にかかるターボ圧縮機の軸線中心に沿った縦断面の上半分を示す断面図である。
【図１１】本発明の第五実施形態にかかるターボ圧縮機の軸線中心に沿った縦断面の上半分を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  ターボ圧縮機
３  遠心インペラ
５  渦流インペラ
７  ケーシング
９  渦流翼
１１  渦流ハブ
１３  遠心翼
１７  遠心ハブ
２１  渦流路
２３  第一スクロール入口
２５  第二スクロール入口
２６  第三スクロール入口
３１  第一出口管路
３３  第二出口管路
４０  斜流インペラ
４１  斜流翼
４２  斜流ハブ
４３  軸流翼
４４  軸流インペラ
４６  軸流ハブ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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