(57)【要約】  遠心圧縮機のスクロール流路を形成するスクロールケーシングであって、スクロール流路の断面において、遠心圧縮機の径方向におけるスクロール流路の内側端をＥｉ、遠心圧縮機の軸方向におけるスクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点をＭｈとすると、スクロール流路は、巻始めと巻終わりの接続位置より上流側の少なくとも一部の区間において、径方向において内側端Ｅｉがディフューザ出口より内側に位置するとともに軸方向において内側端Ｅｉが中間点Ｍｈよりも後側に位置する剥離抑制断面を有するスクロールケーシング。
2017072900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心圧縮機のスクロール流路を形成するスクロールケーシングであって、
前記スクロール流路の断面において、前記遠心圧縮機の径方向における前記スクロール流路の内側端をＥｉ、前記遠心圧縮機の軸方向における前記スクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点をＭｈとすると、
前記スクロール流路は、巻始めと巻終わりの接続位置より上流側の少なくとも一部の区間において、前記径方向において前記内側端Ｅｉがディフューザ出口より内側に位置するとともに前記軸方向において前記内側端Ｅｉが前記中間点Ｍｈよりも後側に位置する剥離抑制断面を有するスクロールケーシング。
【請求項２】
前記スクロール流路におけるスクロール中心周りの角度位置について、前記接続位置を０度とし、前記接続位置に対する前記上流側への角度位置をθとすると、
前記剥離抑制断面は、少なくとも、θ＝０度から所定の角度位置までの区間に設けられる請求項１に記載のスクロールケーシング。
【請求項３】
前記所定の角度位置は、６０度以上の角度位置である請求項１又は２に記載のスクロールケーシング。
【請求項４】
前記剥離抑制断面は、前記所定の角度位置より上流側の区間には設けられていない請求項２又は３に記載のスクロールケーシング。
【請求項５】
前記所定の角度位置は、６０度以上１５０度以下の角度位置である請求項４に記載のスクロールケーシング。
【請求項６】
前記スクロール流路は、前記所定の角度位置より上流側において、円形断面を有する区間を含む請求項２乃至５の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
【請求項７】
前記スクロール流路のうちθ＝０度から前記所定の角度位置までの区間の少なくとも一部において、上流側から前記接続位置に向かうにつれて前記剥離抑制断面の前記内側端Ｅｉが前記軸方向における後側にシフトする請求項２乃至６の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
【請求項８】
前記スクロール流路のうちθ＝０度から前記所定の角度位置までの区間の少なくとも一部において、前記内側端Ｅｉと前記軸方向における前記スクロール流路の前側端Ｅｆとを接続する流路壁部は、前記剥離抑制断面の断面中心側に向かって凸となる曲面部を有する請求項２乃至７の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
【請求項９】
前記曲面部は、前記スクロール流路の上流側から前記接続位置に向かうにつれて曲率半径が小さくなるように形成される請求項８に記載のスクロールケーシング。
【請求項１０】
前記スクロール流路の断面において、前記径方向における前記スクロール流路の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点Ｍｗを通り前記軸方向に平行な直線をＬｚ、前記中間点Ｍｈを通り前記径方向に平行な直線をＬｒとし、前記剥離抑制断面を前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとによって四つの領域に区分した場合、
前記四つの領域のうち、前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとの交点Ｃよりも前記径方向における外側且つ前記軸方向における前側に位置する領域に属する流路壁部は、第１の曲率半径Ｒ１を有する円弧部を含み、
前記四つの領域のうち、前記交点Ｃよりも前記径方向における内側且つ前記軸方向における前側に位置する領域に属する流路壁部は、前記第１の曲率半径Ｒ１よりも大きい第２の曲率半径Ｒ２を有する円弧部を含み、
前記四つの領域のうち、前記交点Ｃよりも前記径方向における内側且つ前記軸方向における後側に位置する領域に属する流路壁部は、前記第２の曲率半径Ｒ２よりも小さい第３の曲率半径Ｒ３を有する円弧部を含む請求項１乃至７の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
【請求項１１】
前記スクロール流路のうちθ＝０度から前記所定の角度位置までの区間の少なくとも一部において、前記剥離抑制断面の前記内側端Ｅｉと前記中間点Ｍｈとの前記軸方向における距離Δｚと、前記最大流路高さＨｍａｘとは、Δｚ≧０．１×Ｈｍａｘを満たす請求項２乃至１０の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
【請求項１２】
前記スクロール流路４は、前記接続位置から前記スクロール流路の出口に向かうにつれて、前記内側端Ｅｉが軸方向における前側にシフトするように形成されている請求項２乃至１１の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
【請求項１３】
インペラと、
前記インペラの周囲に配置され前記インペラを通過した流体が流入するスクロール流路を形成するスクロールケーシングと、
を備え、前記スクロールケーシングが請求項１乃至１２の何れか１項に記載のスクロールケーシングである遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、スクロールケーシング及び遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用又は舶用ターボチャージャのコンプレッサ部等に用いられる遠心圧縮機は、インペラの回転によって流体に運動エネルギーを与えて径方向外側に流体を吐出し、遠心力を利用して圧力上昇を得るものである。【０００３】
かかる遠心圧縮機には、広い運転範囲において高圧力比と高効率化が求められており、種々の工夫が施されている。【０００４】
従来技術として、例えば、特許文献１には、渦巻状に形成されたスクロール流路が設けられたケーシングを備えた遠心圧縮機であって、そのスクロール流路の軸方向の流路高さが、径方向内方から外方へかけて徐々に拡大していき、径方向の流路幅の中間点よりも径方向外側で最大となるように形成された遠心圧縮機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４９２０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１２は、比較形態に係る遠心圧縮機の軸方向視におけるスクロール流路００４の概略図である。図１３は、図１２に示す遠心圧縮機のスクロール流路について、巻始め００４ａと巻終わり００４ｂの接続位置（舌部位置）Ｐから下流方向（巻始め側）に所定角度Δθ毎に流路断面形状を重ねて示す図である。遠心圧縮機におけるスクロール流路の断面形状は、一般的には、図１３に示すようにスクロール流路の全周に亘って円形に形成されている。【０００７】
遠心圧縮機の小流量作動点では、スクロール流路内の流れは、スクロール流路の巻始めから巻き終わりにかけて減速流れとなり、巻き始めにおける圧力は巻き終わりにおける圧力よりも低くなる。このため、スクロール流路では、舌部位置Ｐにおいて巻き終わりから巻き始めへの再循環流ｆｃが発生する（図１２参照）。このような再循環流は、主流が流路接続部に急激に引き込まれる結果として剥離が発生するため、高損失を生じる主要因の一つとなる。【０００８】
特許文献１には、スクロール流路の断面形状を円形でない特異な形状としてスクロール流路内における旋回流れの特性を改善する技術が示されているが、舌部近傍における再循環流を抑制するための知見は開示されていない。【０００９】
本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであって、再循環流に伴う損失の低減によって圧縮機性能を向上可能なスクロールケーシング、及びこれを備える遠心圧縮機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るスクロールケーシングは、遠心圧縮機のスクロール流路を形成するスクロールケーシングであって、前記スクロール流路の断面において、前記遠心圧縮機の径方向における前記スクロール流路の内側端をＥｉ、前記遠心圧縮機の軸方向における前記スクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点をＭｈとすると、前記スクロール流路は、巻始めと巻終わりの接続位置より上流側の少なくとも一部の区間において、前記径方向において前記内側端Ｅｉがディフューザ出口より内側に位置するとともに前記軸方向において前記内側端Ｅｉが前記中間点Ｍｈよりも後側に位置する剥離抑制断面を有する。【００１１】
上記（１）に記載のスクロールケーシングによれば、比較形態（例えば、スクロール流路の周方向全域に亘って、内側端Ｅｉの軸方向位置と中間点Ｍｈの軸方向位置とが一致するような円形断面形状を有する構成）と比較して、再循環流となる流体の流線曲率が接続位置に向かって徐々に（滑らかに）変化するようにスクロール流路を形成することが可能となる。これにより、接続位置付近における再循環流となる流体の流線曲率の急激な変化を抑制することができるため、該急激な変化に起因する剥離を抑制し、再循環に伴う損失を低減することができる。【００１２】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のスクロールケーシングにおいて、前記スクロール流路におけるスクロール中心周りの角度位置について、前記接続位置を０度とし、前記接続位置に対する前記上流側への角度位置をθとすると、前記剥離抑制断面は、少なくとも、θ＝０度から所定の角度位置までの区間に設けられていてもよい。【００１３】
上記（２）に記載のスクロールケーシングによれば、このように、スクロール流路における接続位置から上流側の所定の角度位置に亘って剥離抑制断面を設けることにより、再循環流となる流体の流線曲率が角度位置から接続位置に向かって徐々に（滑らかに）変化するようにスクロール流路を形成することが可能となる。これにより、接続位置付近における再循環流となる流体の流線曲率の急激な変化を抑制することができるため、該急激な変化に起因する剥離を抑制し、再循環に伴う損失を低減することができる。【００１４】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載のスクロールケーシングにおいて、前記所定の角度位置は、６０度以上であってもよい。【００１５】
上記（３）に記載のスクロールケーシングによれば、接続位置から６０度以上の所定の角度位置までの区間において、再循環流となる流体の流線曲率が上記接続位置に向かって徐々に変化するようにスクロール流路を形成することが可能となる。これにより、接続位置付近における再循環流の流線曲率の急激な変化を抑制することができるため、該急激な変化に起因する剥離を抑制し、再循環に伴う損失を低減することができる。【００１６】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）に記載のスクロールケーシングにおいて、前記剥離抑制断面は、前記所定の角度位置より上流側の区間には設けられていなくてもよい。【００１７】
スクロール流路における接続位置から上流側へある程度離れた位置の断面形状は、接続位置付近での剥離生成に与える影響が小さいため、上記（４）に記載のように、剥離抑制断面は、接続位置からある程度離れた所定の角度位置より上流側の区間には設けなくともよい。この場合、所定の角度位置より上流側の区間については、他の目的を重視して断面形状を設計することができ、例えばスクロール流路における流動損失の低減のために、円形断面形状を適用することができる。【００１８】
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載のスクロールケーシングにおいて、前記所定の角度位置は、６０度以上１５０度以下の角度位置であってもよい。【００１９】
上記（５）に記載のスクロールケーシングによれば、６０度以上１５０度以下の所定の角度位置までは、再循環流となる流体の流線曲率が上記接続位置に向かって徐々に変化するようにスクロール流路を形成しつつ、該所定の角度位置より上流側の区間については、他の目的を重視して断面形状を設計することができ、例えばスクロール流路における流動損失の低減のために、円形断面形状を適用することができる。【００２０】
（６）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（５）の何れか１項に記載のスクロールケーシングにおいて、前記スクロール流路は、前記所定の角度位置より下流側において、円形断面形状を有する区間を含む。【００２１】
上記（６）に記載のスクロールケーシングによれば、接続位置近傍の区間に対しては剥離抑制のために剥離抑制断面を適用し、接続位置からある程度離れた区間では円形断面形状を適用することにより、接続位置近傍での剥離を抑制しつつスクロール流路内における流動損失を低減することができる。【００２２】
（７）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（６）の何れか１項に記載のスクロールケーシングにおいて、前記スクロール流路のうちθ＝０度から前記所定の角度位置までの区間の少なくとも一部において、上流側から前記接続位置に向かうにつれて前記剥離抑制断面の前記内側端Ｅｉが前記軸方向における後側にシフトしてもよい。【００２３】
上記（７）に記載のスクロールケーシングによれば、比較形態（スクロール流路の周方向全域に亘って、内側端Ｅｉの軸方向位置と中間点Ｍｈの軸方向位置とが一致するような円形断面形状を有する構成）と比較して、再循環流となる流体の流線曲率が接続位置に向かって徐々に（滑らかに）変化するようにスクロール流路が形成される。これにより、接続位置付近における再循環流となる流体の流線曲率の急激な変化を抑制することができるため、該急激な変化に起因する剥離を抑制し、再循環に伴う損失を低減することができる。【００２４】
（８）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（７）の何れか１項に記載のスクロールケーシングにおいて、前記スクロール流路のうちθ＝０度から前記所定の角度位置までの区間の少なくとも一部において、前記内側端Ｅｉと前記軸方向における前記スクロール流路の前側端Ｅｆとを接続する流路壁部は、前記剥離抑制断面の断面中心側に向かって凸となる曲面部を有していてもよい。【００２５】
上記（８）に記載のスクロールケーシングによれば、剥離抑制断面内において、スクロール流路の出口へ向かう主流が通過する領域と、再循環流となる流体が通過する領域とを、断面中心側に向かって凸となる曲面部によってある程度分離することができる。このため、主流をスクロール流路の出口へスムーズに導くとともに再循環流となる流体を接続位置にスムーズに導くことができ、圧力損失を効果的に低減することができる。【００２６】
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）に記載のスクロールケーシングにおいて、前記曲面部は、前記スクロール流路の上流側から前記接続位置に向かうにつれて曲率半径が小さくなるように形成される。【００２７】
上記（９）に記載のスクロールケーシングによれば、スクロール流路の上流から接続位置に向かうにつれて、主流と再循環流とを徐々に（滑らかに）分離することができるため、主流をスクロール流路の出口へスムーズに導くとともに再循環流となる流体を接続位置にスムーズに導く上記（８）の効果を高めて、圧力損失をより効果的に低減することができる。【００２８】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れか１項に記載のスクロールケーシングにおいて、前記スクロール流路の断面において、前記径方向における前記スクロール流路の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点Ｍｗを通り前記軸方向に平行な直線をＬｚ、前記中間点Ｍｈを通り前記径方向に平行な直線をＬｒとし、前記剥離抑制断面を前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとによって四つの領域に区分した場合、前記四つの領域のうち、前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとの交点Ｃよりも前記径方向における外側且つ前記軸方向における前側に位置する領域に属する流路壁部は、第１の曲率半径Ｒ１を有する円弧部を含み、前記四つの領域のうち、前記交点Ｃよりも前記径方向における内側且つ前記軸方向における前側に位置する領域に属する流路壁部は、前記第１の曲率半径Ｒ１よりも大きい第２の曲率半径Ｒ２を有する円弧部を含み、前記四つの領域のうち、前記交点Ｃよりも前記径方向における内側且つ前記軸方向における後側に位置する領域に属する流路壁部は、前記第２の曲率半径Ｒ２よりも小さい第３の曲率半径Ｒ３を有する円弧部を含む。【００２９】
（１０）に記載のスクロールケーシングによれば、比較形態（スクロール流路の周方向全域に亘って円形断面形状を有する構成）と比較した場合、上記四つの領域のうち交点Ｃよりも径方向における内側且つ軸方向における前側に位置する領域に属する円弧部の曲率半径Ｒ２が、他の領域に属する曲率半径Ｒ１及びＲ２の各々より大きいため、流路断面積を変更することなく内側端Ｅｉの位置を軸方向後側に位置させることが容易となる。このため、再循環流となる流体の流線曲率が接続位置に向かって徐々に（滑らかに）変化するようにスクロール流路を形成することが容易となる。これにより、接続位置付近における再循環流となる流体の流線曲率の急激な変化を抑制することができるため、該急激な変化に起因する剥離を抑制し、再循環に伴う損失を低減することができる。【００３０】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れか１項に記載のスクロールケーシングにおいて、前記スクロール流路のうちθ＝０度から前記所定の角度位置までの区間の少なくとも一部において、前記剥離抑制断面の前記内側端Ｅｉと前記中間点Ｍｈとの前記軸方向における距離Δｚと、前記最大流路高さＨｍａｘとは、Δｚ≧０．１×Ｈｍａｘを満たす。【００３１】
（１１）に記載のスクロールケーシングによれば、接続位置付近における再循環流となる流体の流線曲率の急激な変化に起因する剥離を効果的に抑制することができる。【００３２】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（１１）の何れか１項に記載のスクロールケーシングにおいて、前記スクロール流路は、前記接続位置から前記スクロール流路の出口に向かうにつれて、前記内側端Ｅｉが軸方向における前側にシフトするように形成されている。【００３３】
（１１）に記載のスクロールケーシングによれば、スクロール流路において、接続位置からスクロール流路の出口に向かうにつれて剥離抑制断面が徐々に円形断面に戻るように構成することができる。これにより、接続位置の下流側での流動損失を低減しつつ接続位置Ｐ付近での再循環流に伴う剥離の発生を抑制することができる。【００３４】
（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係る遠心圧縮機は、インペラと、前記インペラの周囲に配置され前記インペラを通過した流体が流入するスクロール流路を形成するスクロールケーシングと、を備え、前記スクロールケーシングが上記（１）乃至（１２）の何れか１項に記載のスクロールケーシングである。【００３５】
上記（１３）に記載の遠心圧縮機によれば、スクロールケーシングが上記（１）乃至（１２）の何れか１項に記載のスクロールケーシングであるため、上記接続位置付近における再循環流となる流体の流線曲率の急激な変化を抑制することができる。これにより、該急激な変化に起因する剥離を抑制し、再循環に伴う損失を低減することができるため、遠心圧縮機の性能（効率）を向上することができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、再循環流に伴う損失の低減によって圧縮機性能を向上可能なスクロールケーシング、及びこれを備える遠心圧縮機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】一実施形態に係る遠心圧縮機１００の軸方向に沿った概略断面図である。
【図２】一実施形態に係る遠心圧縮機１００の軸方向視におけるスクロール流路の概略図である。
【図３】一実施形態に係る剥離抑制断面１０の形状を説明するための概略断面図である。
【図４】一実施形態に係る剥離抑制断面１０の形状を説明するための概略断面図である。
【図５】比較形態（スクロール流路の周方向全域に亘って、内側端Ｅｉの軸方向位置と中間点Ｍｈの軸方向位置とが一致するような円形断面形状を有する構成）に係る再循環流ｆｃの流線を示す図である。
【図６】一実施形態に係る再循環流ｆｃの流線を示す図である。
【図７】比較形態（スクロール流路の周方向全域に亘って、内側端Ｅｉの軸方向位置と中間点Ｍｈの軸方向位置とが一致するような円形断面形状を有する構成）に係る接続位置Ｐ近傍の再循環流ｆｃの流線を示す図である。
【図８】一実施形態に係る接続位置Ｐ近傍の再循環流ｆｃの流線を示す図である。
【図９】図２におけるスクロール流路４の断面形状Ｓ１〜Ｓ５を示す図である。
【図１０】一実施形態に係る剥離抑制断面１０の形状を説明するための概略断面図である。
【図１１】一実施形態に係る剥離抑制断面１０の形状を説明するための概略断面図である。
【図１２】比較形態に係る遠心圧縮機の軸方向視におけるスクロール流路００４の概略図である。
【図１３】図１２に示す遠心圧縮機のスクロール流路について、巻始め００４ａと巻終わり００４ｂの接続位置Ｐから下流方向（巻始め側）に所定角度Δθ毎に流路断面形状を重ねて示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００３９】
図１は、一実施形態に係る遠心圧縮機１００の軸方向に沿った概略断面図である。
【００４０】
本明細書では、特記しない限り、「軸方向」とは、遠心圧縮機１００の軸方向、すなわちインペラ２の軸方向を意味し、軸方向における「前側」とは、軸方向のうち遠心圧縮機１００の吸込方向における上流側を意味し、軸方向における「後側」とは、軸方向のうち遠心圧縮機１００の吸込方向における下流側を意味することとする。また、特記しない限り、「径方向」とは、遠心圧縮機１００の径方向、すなわちインペラ２の径方向を意味することとする。遠心圧縮機１００は、例えば自動車用又は舶用のターボチャージャや、その他産業用遠心圧縮機、送風機等に適用可能である。
【００４１】
図１に示すように、遠心圧縮機１００は、インペラ２と、インペラ２の周囲に配置されインペラ２及びディフューザ部８を通過した流体が流入するスクロール流路４を形成するスクロールケーシング６とを備えている。
【００４２】
図２は、一実施形態に係る遠心圧縮機１００の軸方向視におけるスクロール流路４の概略図である。
【００４３】
一実施形態では、スクロール流路４は、巻始め４ａと巻終わり４ｂの接続位置（所謂、舌部位置）Ｐより上流側の少なくとも一部の区間ｓにおいて、以下で説明する剥離抑制断面１０を有していてもよい。
【００４４】
図３及び図４は、一実施形態に係る剥離抑制断面１０の形状を説明するための概略断面図である。
【００４５】
一実施形態では、図３に示すように、スクロール流路４の断面において、径方向におけるスクロール流路４の内側端をＥｉ、軸方向におけるスクロール流路４の最大流路高さＨｍａｘの中間点をＭｈとすると、剥離抑制断面１０において、内側端Ｅｉは、径方向においてディフューザ出口８ａより内側に位置するとともに軸方向において中間点Ｍｈよりも後側に位置している。
【００４６】
かかる構成によれば、図５〜図８に示すように、比較形態（スクロール流路００４の周方向全域に亘って、内側端Ｅｉの軸方向位置と中間点Ｍｈの軸方向位置とが一致するような円形断面形状０１０（図３及び図７参照）を有する構成）と比較して、接続位置Ｐの上流側において、再循環流ｆｃとなる流体の流線曲率が接続位置Ｐに向かって徐々に変化する（図６の領域Ｊ参照）ようにスクロール流路４を形成することが可能となる。これにより、接続位置Ｐ付近における再循環流ｆｃとなる流体の流線曲率の急激な変化を抑制することができるため、該急激な変化に起因する剥離を抑制し、再循環に伴う損失を低減することができる。
【００４７】
一実施形態では、スクロール流路４のうちθ＝０度から所定の角度位置θ１までの区間ｓ（図２参照）の少なくとも一部において、図３に示すように、剥離抑制断面１０の内側端Ｅｉと軸方向におけるスクロール流路４の前側端Ｅｆとを接続する流路壁部ｗ０は、スクロール流路４の断面中心側に向かって凸となる曲面部１２を有してもよい。
【００４８】
これにより、図４に示すように、剥離抑制断面１０において、スクロール流路４の出口へ向かう主流ｆｍ（図６参照）が通過する領域Ｄｍと、再循環流ｆｃ（図６参照）となる流体が通過する領域Ｄｃとを、断面中心側に向かって凸となる曲面部８によってある程度分離することができる。このため、主流ｆｍをスクロール流路４の出口へスムーズに導くとともに再循環流ｆｃとなる流体を接続位置Ｐにスムーズに導くことができ、圧力損失を効果的に低減することができる。
【００４９】
なお、図３及び図４に示す例示的な形態では、スクロール流路４の断面１０において、径方向におけるスクロール流路４の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点Ｍｗを通り軸方向に平行な直線をＬｚ、中間点Ｍｈを通り径方向に平行な直線をＬｒとし、剥離抑制断面１０を直線Ｌｚと直線Ｌｒとによって四つの領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４に区分した場合、該四つの領域のうち、直線Ｌｚと直線Ｌｒとの交点Ｃよりも径方向における外側且つ軸方向における前側に位置する領域Ｄ１に属する流路壁部ｗ１と、交点Ｃよりも径方向外側且つ軸方向後側に属する流路壁部ｗ４とは一定の曲率半径を有している。また、交点Ｃよりも径方向内側且つ軸方向後側に属する流路壁部は、ディフューザ出口８のうち軸方向後側端８ａ１と流路壁部ｗ４とを接続する流路壁部ｗ３１と、ディフューザ出口８のうち軸方向前側端８ａ２と交点Ｃよりも径方向内側且つ軸方向前側に属する流路壁部ｗ２とを接続する流路壁部ｗ３２とを含む。
【００５０】
一実施形態では、図２に示すように、スクロール流路４におけるスクロール中心Ｏ周りの角度位置について、接続位置Ｐを０度とし、接続位置Ｐに対する上流側への角度位置をθとすると、剥離抑制断面１０は、少なくとも、θ＝０度から所定の角度位置θ１までの区間ｓに設けられる。
【００５１】
このように、スクロール流路４における接続位置Ｐから上流側の所定の角度位置θ１に亘って剥離抑制断面１０を設けることにより、再循環流となる流体の流線曲率が角度位置θ１から接続位置Ｐに向かって徐々に（滑らかに）変化するようにスクロール流路４を形成することが可能となる。これにより、接続位置Ｐ付近における再循環流となる流体の流線曲率の急激な変化を抑制することができるため、該急激な変化に起因する剥離を抑制し、再循環に伴う損失を低減することができる。
【００５２】
一実施形態では、図２に示すスクロール流路４において、剥離抑制断面１０は、所定の角度位置θ１より上流側の区間ｔ（θ１から上流側へ接続位置Ｐまでの区間）には設けられていなくてもよい。接続位置Ｐから上流側へある程度離れた位置の断面形状は、接続位置Ｐ付近での剥離生成に与える影響が小さいため、スクロール流路４は、所定の角度位置θ１より上流側の区間ｔにおいて、例えば円形断面を有していてもよい。この場合、所定の角度位置θ１は、６０度以上１５０度以下であってもよい。
【００５３】
このように、接続位置Ｐ近傍の区間ｓに対しては剥離抑制のために剥離抑制断面１０を適用し、接続位置Ｐからある程度離れた区間ｔでは円形断面等を適用することにより、接続位置Ｐ近傍での剥離を抑制しつつスクロール流路４内における流動損失を低減することができる。
【００５４】
図９は、図２に示すスクロール流路４の位置Ｓ１〜Ｓ５における断面形状１０（Ｓ１）〜１０（Ｓ５）の一例を示す図である。
【００５５】
図９では、各断面形状１０（Ｓ１）〜１０（Ｓ５）における内側端Ｅｉが黒丸で示されている。一実施形態では、図２及び図９に示すように、スクロール流路４のうちθ＝０度から所定の角度位置θ１までの区間ｓにおいて、上流側から接続位置Ｐに向かうにつれて（１０（Ｓ１）、１０（Ｓ２）、１０（Ｓ３）の順に）内側端Ｅｉが軸方向における後側にシフトするようスクロール流路４が形成されていてもよい。
【００５６】
かかる構成によれば、図５〜図８に示すように、比較形態（スクロール流路の周方向全域に亘って、内側端Ｅｉの軸方向位置と中間点Ｍｈの軸方向位置とが一致するような円形断面形状を有する構成）と比較して、再循環流ｆｃとなる流体の流線曲率が接続位置Ｐに向かって徐々に変化する（図６参照）ようにスクロール流路４が形成される。これにより、接続位置Ｐ付近における再循環流ｆｃとなる流体の流線曲率の急激な変化を抑制することができるため、該急激な変化に起因する剥離を抑制し、再循環に伴う損失を低減することができる。
【００５７】
図９では、断面１０（Ｓ１）〜断面１０（Ｓ３）における上述の曲面部１２の曲率半径Ｒ２の大小関係が破線の矢印の長さで示されている。一実施形態では、図９に示すように、曲面部１２は、スクロール流路４において上流側から接続位置Ｐに向かうにつれて（１０（Ｓ１）、１０（Ｓ２）、１０（Ｓ３）の順に）曲率半径Ｒ２が小さくなるように形成されてもよい。
【００５８】
これにより、図６に示すように、剥離抑制断面１０のうち領域Ｄｍ（図４参照）を通過する主流ｆｍから分離された領域Ｄｃ（図４参照）を流れる再循環流ｆｃを徐々に分離することができるため、主流ｆｍをスクロール流路４の出口１４へスムーズに導くとともに再循環流ｆｃとなる流体を接続位置Ｐにスムーズに導く上述の効果を高めて、圧力損失をより効果的に低減することができる。
【００５９】
一実施形態では、図２及び図３に示すスクロール流路４のうちθ＝０度から所定の角度位置θ１までの区間ｓの少なくとも一部において、内側端Ｅｉと中間点Ｍｈとの軸方向における距離Δｚと、最大流路高さＨｍａｘとは、Δｚ≧０．１×Ｈｍａｘを満たしてもよい。これにより、接続位置Ｐ付近における再循環流となる流体の流線曲率の急激な変化に起因する剥離を効果的に抑制することができる。
【００６０】
一実施形態では、図２及び図９に示すスクロール流路４は、接続位置Ｐからスクロール流路４の出口１４までの区間のうち、接続位置Ｐを起点とする少なくとも一部の区間ｕにおいて、接続位置Ｐからスクロール流路４の出口１４に向かうにつれて（１０（Ｓ３）、１０（Ｓ４）、１０（Ｓ５）の順に）剥離抑制断面１０が徐々に円形断面に戻るように構成されている。すなわち、スクロール流路４は、接続位置Ｐからスクロール流路４の出口１４に向かうにつれて（１０（Ｓ３）、１０（Ｓ４）、１０（Ｓ５）の順に）、内側端Ｅｉが軸方向における前側にシフトするように形成されている。
【００６１】
これにより、接続位置Ｐより出口１４側での流動損失を低減しつつ、接続位置Ｐ付近での再循環流に伴う剥離の発生を抑制することができる。
【００６２】
なお、図３及び図４等にて例示した形態では、剥離抑制断面１０がスクロール流路４の断面中心側に向かって凸となる曲面部１２を有している形態を例示したが、剥離抑制断面１０は、図１０及び図１１に示すように、スクロール流路４の断面中心側に向かって凸となる曲面部１２を有していなくともよい。
【００６３】
この場合、図１０及び図１１の少なくとも一方に示すように、スクロール流路４の断面１０において、径方向におけるスクロール流路４の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点Ｍｗを通り軸方向に平行な直線をＬｚ、中間点Ｍｈを通り径方向に平行な直線をＬｒとし、剥離抑制断面１０を直線Ｌｚと直線Ｌｒとによって四つの領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４に区分した場合、該四つの領域のうち、直線Ｌｚと直線Ｌｒとの交点Ｃよりも径方向における外側且つ軸方向における前側に位置する領域Ｄ１に属する流路壁部ｗ１は、第１の曲率半径Ｒ１を有する円弧部ａ１を含む。また、交点Ｃよりも径方向における内側且つ軸方向における前側に位置する領域Ｄ２に属する流路壁部ｗ２は、第１の曲率半径Ｒ１よりも大きい第２の曲率半径Ｒ２を有する円弧部ａ２を含む。また、交点Ｃよりも径方向における内側且つ軸方向における後側に位置する領域Ｄ３に属する流路壁部のうち、流路壁部ｗ２とディフューザ出口８ａにおける軸方向前側端８ａ２とを接続する流路壁部ｗ３２は、第２の曲率半径Ｒ２よりも小さい第３の曲率半径Ｒ３を有する円弧部ａ３を含んでいる。円弧部ａ３とディフューザ出口８ａの軸方向前側端８ａ２とは曲面によって滑らかに接続されている。
【００６４】
なお、図１０及び図１１に示す例示的な形態では、図１１に示すように、交点Ｃよりも径方向における外側且つ軸方向における後側に位置する領域Ｄ４に属する流路壁部ｗ４は、曲率半径Ｒ１に等しい曲率半径Ｒ４を有する円弧部ａ４を含んでいる。また、円弧部ａ４が円弧部ａ１の一端に接続され、円弧部ａ１の他端が円弧部ａ２の一端に接続され、円弧部ａ２の他端が円弧部ａ３の一端に接続されている。このため、領域Ｄ２に属する流路壁部ｗ２の曲率半径の最小値Ｒ２ｍｉｎ（例示した形態ではＲ２ｍｉｎはＲ２に等しい）は、領域Ｄ１に属する流路壁部の曲率半径の最大値Ｒ１ｍａｘ（例示した形態ではＲ１ｍａｘはＲ１に等しい）より大きく、領域Ｄ４に属する流路壁部ｗ４の曲率半径の最大値Ｒ４ｍａｘ（例示した形態ではＲ４ｍａｘはＲ４に等しい）より大きい。なお、領域Ｄ３には、ディフューザ出口８ａにおける軸方向後側端８ａ１と流路壁部ｗ４とを接続する流路壁部ｗ３１が含まれる。
【００６５】
図１０及び図１１に示す例示的な形態によれば、比較形態（スクロール流路の周方向全域に亘って円形断面を有する構成）と比較した場合、上記四つの領域のうち交点Ｃよりも径方向における内側且つ軸方向における前側に位置する領域Ｄ２に属する円弧部ａ２の曲率半径Ｒ２が、他の領域に属する曲率半径Ｒ１及びＲ３の各々より大きいため、流路断面積を変更することなく内側端Ｅｉの位置を中間点Ｍｈよりも軸方向後側に位置させ易くなる。このため、再循環流となる流体の流線曲率が接続位置Ｐに向かって徐々に（滑らかに）変化するようにスクロール流路４を形成することが容易となる。これにより、接続位置Ｐ付近における再循環流となる流体の流線曲率の急激な変化を抑制することができるため、該急激な変化に起因する剥離を抑制し、再循環に伴う損失を低減することができる。
【００６６】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【符号の説明】
【００６７】
２  インペラ
４  スクロール流路
４ａ  巻始め
４ｂ  巻き終わり
６  スクロールケーシング
８  ディフューザ流路
８ａ  ディフューザ出口
８ａ１  後側端
８ａ２  前側端
１０  剥離抑制断面
１２  曲面部
１４  スクロール流路の出口
１００  遠心圧縮機
Ｃ  交点
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄｃ，Ｄｍ  領域
Ｅｉ  内側端
Ｅｆ  前側端
Ｌｒ，Ｌｚ  直線
Ｍｈ，Ｍｗ  中間点
Ｏ  スクロール中心
Ｐ  接続位置（舌部位置）
Ｒ１  第１の曲率半径
Ｒ２  第２の曲率半径
Ｒ３  第３の曲率半径
Ｒ４  第４の曲率半径
Ｗｍａｘ  最大流路幅
Ｈｍａｘ  最大流路高さ
ａ１，ａ２，ａ３，ａ４  円弧部
ｆｍ  主流
ｆｃ  再循環流
ｓ，ｔ，ｕ  区間
ｗ０，ｗ１，ｗ２，ｗ３１，ｗ３２，ｗ４  流路壁部
【図１】
2017072900.tif 000003
【図２】
2017072900.tif 000004
【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】
2017072900.tif 000009
【図８】
2017072900.tif 000010
【図９】
2017072900.tif 000011
【図１０】
2017072900.tif 000012
【図１１】
2017072900.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年3月17日(2016.3.17)
【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】
遠心圧縮機のスクロール流路を形成するスクロールケーシングであって、
前記スクロール流路の断面において、前記遠心圧縮機の径方向における前記スクロール流路の内側端をＥｉ、前記遠心圧縮機の軸方向における前記スクロール流路の最大流路高さＨｍａｘの中間点をＭｈとすると、
前記スクロール流路は、巻始めと巻終わりの接続位置より上流側の少なくとも一部の区間において、前記径方向において前記内側端Ｅｉがディフューザ出口より内側に位置するとともに前記軸方向において前記内側端Ｅｉが前記中間点Ｍｈよりも後側に位置する剥離抑制断面を有するスクロールケーシング。
【請求項２】
前記スクロール流路におけるスクロール中心周りの角度位置について、前記接続位置を０度とし、前記接続位置に対する前記上流側への角度位置をθとすると、
前記剥離抑制断面は、少なくとも、θ＝０度から所定の角度位置までの区間に設けられる請求項１に記載のスクロールケーシング。
【請求項３】
前記所定の角度位置は、６０度以上の角度位置である請求項２に記載のスクロールケーシング。
【請求項４】
前記剥離抑制断面は、前記所定の角度位置より上流側の区間には設けられていない請求項２又は３に記載のスクロールケーシング。
【請求項５】
前記所定の角度位置は、６０度以上１５０度以下の角度位置である請求項４に記載のスクロールケーシング。
【請求項６】
前記スクロール流路は、前記所定の角度位置より上流側において、円形断面を有する区間を含む請求項２乃至５の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
【請求項７】
前記スクロール流路のうちθ＝０度から前記所定の角度位置までの区間の少なくとも一部において、上流側から前記接続位置に向かうにつれて前記剥離抑制断面の前記内側端Ｅｉが前記軸方向における後側にシフトする請求項２乃至６の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
【請求項８】
前記スクロール流路のうちθ＝０度から前記所定の角度位置までの区間の少なくとも一部において、前記内側端Ｅｉと前記軸方向における前記スクロール流路の前側端Ｅｆとを接続する流路壁部は、前記剥離抑制断面の断面中心側に向かって凸となる曲面部を有する請求項２乃至７の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
【請求項９】
前記曲面部は、前記スクロール流路の上流側から前記接続位置に向かうにつれて曲率半径が小さくなるように形成される請求項８に記載のスクロールケーシング。
【請求項１０】
前記スクロール流路の断面において、前記径方向における前記スクロール流路の最大流路幅Ｗｍａｘの中間点Ｍｗを通り前記軸方向に平行な直線をＬｚ、前記中間点Ｍｈを通り前記径方向に平行な直線をＬｒとし、前記剥離抑制断面を前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとによって四つの領域に区分した場合、
前記四つの領域のうち、前記直線Ｌｚと前記直線Ｌｒとの交点Ｃよりも前記径方向における外側且つ前記軸方向における前側に位置する領域に属する流路壁部は、第１の曲率半径Ｒ１を有する円弧部を含み、
前記四つの領域のうち、前記交点Ｃよりも前記径方向における内側且つ前記軸方向における前側に位置する領域に属する流路壁部は、前記第１の曲率半径Ｒ１よりも大きい第２の曲率半径Ｒ２を有する円弧部を含み、
前記四つの領域のうち、前記交点Ｃよりも前記径方向における内側且つ前記軸方向における後側に位置する領域に属する流路壁部は、前記第２の曲率半径Ｒ２よりも小さい第３の曲率半径Ｒ３を有する円弧部を含む請求項１乃至７の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
【請求項１１】
前記スクロール流路のうちθ＝０度から前記所定の角度位置までの区間の少なくとも一部において、前記剥離抑制断面の前記内側端Ｅｉと前記中間点Ｍｈとの前記軸方向における距離Δｚと、前記最大流路高さＨｍａｘとは、Δｚ≧０．１×Ｈｍａｘを満たす請求項２乃至１０の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
【請求項１２】
前記スクロール流路４は、前記接続位置から前記スクロール流路の出口に向かうにつれて、前記内側端Ｅｉが軸方向における前側にシフトするように形成されている請求項２乃至１１の何れか１項に記載のスクロールケーシング。
【請求項１３】
インペラと、
前記インペラの周囲に配置され前記インペラを通過した流体が流入するスクロール流路を形成するスクロールケーシングと、
を備え、前記スクロールケーシングが請求項１乃至１２の何れか１項に記載のスクロールケーシングである遠心圧縮機。
【国際調査報告】
2017072900.tif 000016
2017072900.tif 000017
2017072900.tif 000018
2017072900.tif 000019