(57)【要約】【課題】ケーシングトリートメントを有する遠心圧縮機において、それにより形成される循環流路を循環する空気などの流体が高温になることを防ぐ。【解決手段】羽根車１４のシュラウド部１４ａを囲むと共に吸込口２２を形成するシュラウド壁２４に、前記羽根車１４のシュラウド部１４ａに向けて開口すると共に前記吸込口２２側に開口する循環流路２８が形成された遠心圧縮機１０において、前記循環流路２８を循環する流体を冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする。冷却手段には、複数の放熱フィン４２がある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽根車のシュラウド部を囲むと共に吸込口を形成するシュラウド壁に、前記羽根車のシュラウド部に向けて開口すると共に前記吸込口側に開口する循環流路が形成された遠心圧縮機において、
前記循環流路を循環する流体を冷却する冷却手段を設け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、複数の放熱フィンを備え、
該複数の放熱フィンの各々は、その一端が前記循環流路に突出すると共に、その他端が前記遠心圧縮機の外部に突出していることを特徴とする請求項１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、エンジンへの過給圧を発生させる過給機の給気装置や、一般製造工場の空気源設備等として用いる遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンへの過給を行う過給機の一つには、ターボチャージャがある。ターボチャージャは、タービンとコンプレッサ（遠心圧縮機）とを有している。タービンのタービンハウジングと、コンプレッサのコンプレッサハウジングとの間には、ベアリングハウジングが設けられている。このベアリングハウジング内を通るシャフトにより、タービンのホイールとコンプレッサのインペラ（羽根車）とが連動されている。エンジンの排気によりホイールが回転すると、インペラが回転され、空気が圧縮されてエンジンに供給される。
【０００３】
このようなコンプレッサにおいては、図４にコンプレッサの流量Ｑと圧力Ｐとの関係の一例を示すように、吸入空気量が減少してくると、コンプレッサの特性曲線Ｉがサージ線Ｓ１を越えてサージング領域Ａに入るという特性がある。従って、サージ線Ｓ１をＳ２の位置へと低流量側へ移動させることができれば、エンジンの運転範囲に対してより広い範囲に亘り適合することができる。
【０００４】
そのため、サージング領域Ａに入るような低流量容量の運転状況下でも、サージング領域に入らないようにサージ線を低流量側へ移動させるようにしたコンプレッサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のコンプレッサ１００においては、図５に示すように、吸込口１０２からインペラ１０４の外周部に至るシュラウド壁１０６に、内部を空洞とした環状チャンバ１０８と、この環状チャンバ１０８に連通してインペラ１０４に向けて開口する第一開口部１１０と、そして、その環状チャンバ１０８に連通してインペラ１０４よりも上流側に開口する第二開口部１１２とが設けられている。第一開口部１１０、環状チャンバ１０８、そして第二開口部１１２により循環流路１１４が形成されている。これにより、インペラ１０４に吸引される空気の一部が循環流路１１４を通して循環され、サージングの発生する流量容量が減少させられる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１４４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記コンプレッサでは、例えば、空気が循環流路を繰り返し循環することになると、その空気はインペラによる圧縮等で高温になり、コンプレッサのコンプレッサハウジングやインペラなどに悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明では、上記のような循環流路を循環する空気などの流体が高温になることを防ぐ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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明による遠心圧縮機は、羽根車のシュラウド部を囲むと共に吸込口を形成するシュラウド壁に、前記羽根車のシュラウド部に向けて開口すると共に前記吸込口側に開口する循環流路が形成された遠心圧縮機において、前記循環流路を循環する流体を冷却する冷却手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
上記構成により、循環流路を循環する流体を冷却する冷却手段が設けられているので、循環流路を循環して流れる流体が適切に冷却されることになる。したがって、循環流路を循環する流体が高温になることを防ぐことが可能になる。
【００１０】
特に、前記冷却手段は、複数の放熱フィンを備え、該複数の放熱フィンの各々は、その一端が前記循環流路に突出すると共に、その他端が前記遠心圧縮機の外部に突出していると良い。複数の放熱フィンの各々の循環流路に突出した一端により、循環流路を循環する流体の熱は吸収され、放熱フィンに吸収された熱は、前記遠心圧縮機の外部に突出しているその他端を介して放熱されることになる。したがって、循環流路を循環する流体を適切に冷却することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態における、ターボチャージャ用のコンプレッサ（遠心圧縮機）１０を示す断面模式図である。
【００１３】
コンプレッサ（遠心圧縮機）１０は、コンプレッサハウジング（以下、ハウジングと称する。）１２と、このハウジング１２内に収容され、不図示のタービンのホイールにシャフトを介して連結されるインペラ（羽根車）１４とを有している。上記の如く、コンプレッサ１０のインペラ１４は、エンジンの排気によってタービンのホイールが回転させられることにより、シャフトを介して伝達される回転力により回転させられる。このインペラ１４の回転により、空気を圧縮してエンジン（不図示）に供給することができる。
【００１４】
コンプレッサ１０のハウジング１２には、インペラ１４が収容される収容室１６と、スクロール状の圧縮流路１８と、インペラ１４の外周部に設けられて収容室１６と圧縮流路１８とを連通するディフューザ部２０とが区画形成されている。また、ハウジング１２はインペラ１４の外周部から上流側である前方へ延びているので、ハウジング１２は、吸込口２２を区画形成している。なお、ハウジング１２は、Ａｌ合金を用いて鋳造により作製されている。
【００１５】
本明細書において、ハウジング１２の内で、インペラ１４のシュラウド部１４ａを囲むと共に吸込口２２を形成する部分を、シュラウド壁２４と称している。シュラウド部１４ａを囲む、シュラウド壁２４のシュラウド部１４ａに対する内周部分は、シュラウド部１４ａのシュラウド曲線に倣った形状、すなわちシュラウド部１４ａの回転経路輪郭に倣った形状をしている。また、上記の如く、シュラウド壁２４は、インペラ１４の外周部から前方、すなわち上流側に延出されて空気の吸込口２２を区画形成している。そして、シュラウド壁２４とシュラウド部１４ａとの間の間隔は狭く設計されている。その結果、実質的にインペラ１４の複数の羽根部分１４ｂの間を介さなければ空気は吸込口２２からディフューザ部２０に至ることは出来なくなっている。なお、インペラ１４のシュラウド部１４ａとは、羽根部分１４ｂの端縁のことであり、インペラ１４の軸線Ｌにほぼ直交するように、軸端側の放射方向に延びる直状端縁、すなわちリーディングエッジ部１４ｃと、インペラ１４の最外周の軸線Ｌに概ね平行に延びる直状端縁、すなわちトレーリングエッジ部１４ｄとの間の曲状端縁のことである。
【００１６】
シュラウド壁２４には、ケーシングトリートメント２６が設けられている。ケーシングトリートメント２６とは、コンプレッサ１０のサージ現象を改善するべく、ハウジング１２の入口部で一部の空気の循環をさせる構造のことである。ケーシングトリートメント２６により、吸込口２２から収容室１６の間で一部の空気の循環をさせる循環流路２８が形成される。ケーシングトリートメント２６は、軸線Ｌを中心としてシュラウド壁２４にほぼ環状に形成されている環状チャンバ３０と、この環状チャンバ３０に連通すると共にインペラ１４のシュラウド部１４ａに向けて開口する第一開口部３２と、同様に環状チャンバ３０に連通すると共に吸込口２２側に開口する第二開口部３４と、を備えて構成されている。第二開口部３４はインペラ１４よりも上流側、すなわちインペラ１４のリーディングエッジ部１４ｃの上流側に向けて開口している。したがって、第一開口部３２と、第二開口部３４との位置関係は、インペラ１４のリーディングエッジ部１４ｃの下流側と、上流側とにそれぞれ向けて開口することで規定され得る。
【００１７】
ケーシングトリートメント２６における第一開口部３２と、第二開口部３４とは、それぞれ、環状に連続していて、環状のスリットになっている。それ故、第一開口部３２と第二開口部３４との間に位置していて環状チャンバ３０の径方向内側の壁部を形成すると共に、シュラウド壁２４の一部でもある環状壁３６を保持するべく、リブ３８が設けられている。リブ３８は３つ設けられ、３つのリブ３８は等間隔で環状チャンバ３０に設けられている。
【００１８】
運転を行うと、インペラ１４の回転により吸込口２２から吸い込まれた空気は、インペラ１４における吸引領域に吸引され、圧縮流路１８を通ってエンジンへ供給される。低流量運転時には、インペラ１４のすべての領域における圧力が環状チャンバ３０内の圧力よりも高くなる。したがって、インペラ１４の羽根部分１４ｂを通過する空気の一部が第一開口部３２から環状チャンバ３０内へ向かうような流れが生じる。一方、このとき、吸込口２２から入ってくる空気は、シュラウド壁２４の上流部の絞り部４０により縮流されるので、第二開口部３４を通過する際の速度はその縮流効果によって外側（シュラウド壁２４に近いところ）で速くなっている。したがって、この縮流効果を受けた空気が第二開口部３４近傍を通過することで、第二開口部３４から環状チャンバ３０内の空気が吸引されることになる。その結果、環状チャンバ３０内の負圧が大きくなり、上記インペラ１４の羽根部分１４ｂを通過する空気の一部を、第一開口部３２から環状チャンバ３０内を通して、第二開口部３４から排出し、それを再びインペラ１４に向けて流すことができ、図１に破線矢印で示す如く、循環流を発生させることができるようになる。
【００１９】
このようにして、サージング領域に入るような低流量容量の運転状況でもサージング領域Ａに入らないようにすることができる。すなわち、図４に示すサージ線Ｓ１を、低流量側のＳ２の位置へ移動させることが可能になる。
【００２０】
さらに、循環流路２８を循環する流体である空気を冷却する冷却手段として、複数の放熱フィン４２がコンプレッサ１０に設けられている。本第一実施形態では、放熱フィン４２は８つ設けられている。８つの放熱フィン４２の各々は、その一端が循環流路２８に突出すると共に、その他端がコンプレッサ１０の外部に突出して露出するように、コンプレッサ１０に取り付けられている。図１のコンプレッサ１０のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図を図２に示す。８つの放熱フィン４２は、軸線Ｌを中心とする同一円上に、等間隔で配置されている。なお、放熱フィン４２は、Ａｌ合金製であり、熱伝導性、放熱性に優れている。また、放熱フィン４２は、薄板を切断することで作製されている。
【００２１】
図３に、図１の放熱フィン４２周囲の拡大図を示す。放熱フィン４２は、本第一実施形態ではプレート状の形状を有している。放熱フィン４２は、ハウジング１２に取り付けられた状態で、軸線Ｌに平行な方向の軸方向幅ｗ１と、軸線Ｌを中心として径方向の径方向幅ｒ１と、そして厚みｔ１とを有している（図２および図３参照）。放熱フィン４２の軸方向幅ｗ１は、環状チャンバ３０の軸方向幅Ｗの、約３分の１である。また、放熱フィン４２の径方向幅ｒ１は、環状チャンバ３０に突出する放熱フィン４２の一端の内側突出部４２ａの径方向幅ｒ２を含み、放熱フィン４２の放熱性を十分に確保する程度にコンプレッサ１０から外側に放熱フィン４２の他端の外側突出部４２ｂが突出するように、十分な幅となっている。内側突出部４２ａの径方向幅ｒ２は、環状チャンバ３０の径方向幅Ｒの、約３分の１である。なお、放熱フィン４２の厚みｔ１は、循環流路２８における空気の流れを阻害せずに、その空気から適度に熱を奪うような厚さとされている。
【００２２】
以上、８つの放熱フィン４２が設けられることで、それら放熱フィン４２の各々の一端である循環流路２８に突出した内側突出部４２ａにより、循環流路２８を循環する空気、すなわち循環流から熱が吸収される。放熱フィン４２に吸収された熱は、コンプレッサ１０の外部に突出しているその他端である外側突出部４２ｂを介してコンプレッサ１０の外部へ放熱される。したがって、循環流路２８の空気を適切に冷却することが可能になる。すなわち、インペラ１４により圧縮された空気が、例えば繰り返し循環流路２８を循環しても、高温になることは防止される。
【００２３】
以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００２４】
ケーシングトリートメントの構造は、図１に表されている上記したものに限定されず、他の構造を有していても良い。例えば、特許文献１に記載のケーシングトリートメント、すなわち図５に表したケーシングトリートメントであっても良い。また、ハウジング１２のシュラウド壁２４の一部（例えば、環状壁３６や絞り部４０）、あるいは全部は、ハウジング１２の他の部分とは別に作製されて、それらが接合されることで、一体のハウジング１２とされても良い。
【００２５】
また、環状チャンバ３０、第一開口部３２、第二開口部３４の各々は、上記したように空気を循環可能であれば、その一部が不連続であっても良く、上記した形状に限定されない。
【００２６】
放熱フィン４２の数、位置、形状等は任意である。上記実施形態では放熱フィン４２を８つ設けたが、放熱フィン４２の数はいくつであっても良い。好ましくは、放熱フィン４２は８〜１２個といった複数個、設けられる。そして、それらは、同一円上に等間隔で設けられるのが良い。また、放熱フィン４２は、軸線Ｌに平行な方向において、それぞれ環状チャンバ３０に面している、第二開口部３４の上流側端部３４ａと第一開口部３２の下流側端部３２ａとの間に位置しているのが好ましい（図３参照）。すなわち、放熱フィン４２の径方向内側であり、上流側に位置する隅部４２ｃが、第二開口部３４よりも上流側に位置しないのが好ましい。また、同様に、放熱フィン４２の径方向内側であり、下流側に位置する隅部４２ｄが、第一開口部３２よりも下流側に位置しないのが好ましい。さらに、放熱フィン４２の軸方向幅ｗ１、径方向幅ｒ１、厚みｔ１は、上記実施形態の如く長さに限らず、任意の長さにすることができる。そして、放熱フィン４２は、プレート状であることに限定されず、様々な形状にされ得る。また、放熱フィン４２は、Ａｌ合金以外に、Ｃｕ合金などの熱伝導性や放熱性に優れる材料から作製され得る。さらに、放熱フィン４２は、鋳造など各種製法により作製され得る。なお、本発明は、放熱フィンの取付方法および手段は問わない。
【００２７】
なお、放熱フィン４２の外側突出部４２ｂは、放熱を促進させる各種手段をさらに備えても良い。あるいは、外側突出部４２ｂからの放熱を促進すべく、コンプレッサ１０の外部に送風手段などをさらに備えるようにしても良い。
【００２８】
上記実施形態では冷却手段として複数の放熱フィン４２を用いたが、本発明に係る冷却手段は放熱フィンに限定されない。循環流路を循環する流体（特に空気）から適度に熱を取り除くことが出来れば、いかなるものであっても良い。
【００２９】
本発明の遠心圧縮機（コンプレッサ）は、ターボチャージャ用のみならず、スーパーチャージャー用のコンプレッサや、空気源設備等として用いる遠心圧縮機など、各種の遠心圧縮機に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態における、ターボチャージャ用のコンプレッサを示す断面模式図である。
【図２】図１のコンプレッサのＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１の放熱フィンの周囲の拡大図である。
【図４】コンプレッサの流量と圧力との関係を示す一例図である。
【図５】一例である従来のコンプレッサの断面模式図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  コンプレッサ
１２  ハウジング
１４  インペラ
１４ａ  シュラウド部
２２  吸込口
２４  シュラウド壁
２６  ケーシングトリートメント
２８  循環流路
３０  環状チャンバ
３２  第一開口部
３４  第二開口部
４２  放熱フィン
【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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