(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向外側に空気を送るインペラと、前記インペラの外周側に配置され、前記インペラから送られた空気の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するディフューザとを備えた遠心圧縮機において、
前記ディフューザは、周方向に沿って設けられ、前記インペラから送られた空気を前記ディフューザの出口部に向けて流すための空気流路を形成する複数のベーンを有し、
前記ベーンは、凸状側壁面及び凹状側壁面を有する翼形をなしており、
前記ベーンの下流側部分には、前記凸状側壁面に開口し、前記ディフューザの外周側に向けて前記凸状側壁面に沿うように空気を噴出させて、前記凸状側壁面に対する空気流の剥離を抑制するための空気噴出部が設けられており、
前記ディフューザには、前記空気噴出部と連通し、前記ディフューザの出口部から吐出された空気の一部を導入するための空気導入口が設けられていることを特徴とする遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インペラ及びディフューザを備えた遠心圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の遠心圧縮機としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の遠心圧縮機は、インペラの圧縮通路に対して下流側に径方向直線通路、曲がり通路及び軸方向直線通路を形成し、径方向直線通路にラジアルディフューザを設け、軸方向直線通路にアキシャルディフューザを設けたものであり、ラジアルディフューザ及びアキシャルディフューザには、複数のベーンが周方向に配設されている。
【特許文献１】特開２００７−２２４８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、ベーンの迎え角（空気流に対するベーンの傾き）が大きくなると、ベーンの側壁面に形成される境界層が増大し、ベーンの途中からベーンの側壁面表面に沿って空気が流れなくなる、いわゆる空気流の剥離が生じる。その結果、ディフューザによるエネルギー変換効率が大幅に低下してしまう。
【０００４】
本発明の目的は、ベーンに対する空気流の剥離を防止することができ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】
【０００５】
本発明は、径方向外側に空気を送るインペラと、インペラの外周側に配置され、インペラから送られた空気の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換するディフューザとを備えた遠心圧縮機において、ディフューザは、周方向に沿って設けられ、インペラから送られた空気をディフューザの出口部に向けて流すための空気流路を形成する複数のベーンを有し、ベーンは、凸状側壁面及び凹状側壁面を有する翼形をなしており、ベーンの下流側部分には、凸状側壁面に開口し、ディフューザの出口部に向けて凸状側壁面に沿うように空気を噴出させて、凸状側壁面に対する空気流の剥離を抑制するための空気噴出部が設けられており、ディフューザには、空気噴出部と連通し、ディフューザの出口部から吐出された空気の一部を導入するための空気導入口が設けられていることを特徴とするものである。 
【０００６】
このような本発明の遠心圧縮機においては、ディフューザのベーンに空気噴出部を設け、この空気噴出部から空気を噴出させることにより、その空気がディフューザの出口部に向けてベーンの凸状側壁面に沿って流れるようになる。従って、インペラから送られる主流空気がディフューザの空気流路をディフューザの出口部に向かって流れる際に、ベーンの途中から主流空気がベーンの凸状側壁面に沿って流れにくくなっても、空気噴出部から噴出された空気がベーンの凸状側壁面に沿って流れるため、ベーンの凸状側壁面に対する空気流の剥離を防止することができる。
【０００７】
また、ディフューザの出口部の圧力はディフューザの途中の圧力よりも高いため、ディフューザの出口部から吐出された空気の一部をディフューザの途中に設けられた空気導入口に導くことにより、空気供給源を別途用意すること無く、圧力差を利用して簡単に空気噴出部から空気を噴出させることができる。 
【発明の効果】
【０００８】
本発明の遠心圧縮機によれば、ベーンに対する空気流の剥離を防止することができる。これにより、ディフューザによるエネルギー変換効率の低下を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係わる遠心圧縮機の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係わる遠心圧縮機の一実施形態の要部を示す概略断面図である。同図において、本実施形態の遠心圧縮機１は、高速の空気流れを作る遠心羽根車（インペラ）２を備えている。インペラ２は、回転軸に一体に固定されたハブ３を有し、このハブ３には複数の羽根４が周方向に等間隔に設けられている。インペラ２は、高速回転しながら、空気を径方向中心側から吸い込んで径方向外側に送り出す。
【００１１】
インペラ２の外周側には、インペラ２で作られた高速空気を減速することで、高速空気の速度エネルギーを圧力に変換するラジアルディフューザ５が配置されている。ラジアルディフューザ５は、図１及び図２に示すように、リング状の基部６と、この基部６の一面に周方向に沿って等間隔に突設され、インペラ２から送り出された空気を径方向外側に向けて流すための空気流路７を形成する複数のラジアルベーン８とを有している。各ラジアルベーン８は、凸状側壁面８ａ及び凹状側壁面８ｂを有する翼形をなしている。
【００１２】
各ラジアルベーン８は、ラジアルディフューザ５の径方向中心側から径方向外側に向かって空気流路７の流路幅を拡げるように、ラジアルディフューザ５の径方向に対して所定角度だけ傾けた状態で形成されている。これにより、ラジアルディフューザ５における空気の減速率（流路面積の拡大率）を適正にして、十分に圧力を回復することができる。
【００１３】
各ラジアルベーン８には、凸状側壁面８ａに開口し、ラジアルディフューザ５の外周側に向けて凸状側壁面８ａの表面に沿うように空気を噴出させるためのスリット状の空気噴出部９が形成されている。なお、空気噴出部９としては、特にスリットに限られず、単なる穴であっても良い。
【００１４】
また、ラジアルディフューザ５の後部側面（基部６におけるラジアルベーン８側とは反対側の面）５ａには、各ラジアルベーン８に設けられた空気噴出部９とそれぞれ連通する複数の空気導入口１０が形成されている。
【００１５】
ラジアルディフューザ５の外周側には、空気流路７を通過した空気の流れ方向を軸方向に戻すアキシャルディフューザ１１が配置されている。アキシャルディフューザ１１は、空気流路７と連通された空気流路１２を形成する複数のアキシャルベーン１３を有している。なお、アキシャルディフューザ１１は、ラジアルディフューザ５と一体成形されていても良い。
【００１６】
上記のインペラ２、ラジアルディフューザ５及びアキシャルディフューザ１１は、図示しないケーシング内に収容されている。そして、ラジアルベーン８及びアキシャルベーン１３の先端は、図示しないハウジングに固定されている。
【００１７】
ラジアルディフューザ５の後部側面５ａは、遠心圧縮機１の出口部であるアキシャルディフューザ１１の出口部と同じ部屋（空間）内に位置するように構成されている。このため、遠心圧縮機１の出口部の空気圧力とラジアルディフューザ５の後部側面（圧縮機出口側の面）５ａに形成された空気導入口１０の空気圧力とは等しくなる。
【００１８】
このような遠心圧縮機１において、インペラ２が高速回転すると、インペラ２に空気が吸い込まれ、その空気がラジアルディフューザ５の空気流路７及びアキシャルディフューザ１１の空気流路１２を通ってアキシャルディフューザ１１の出口部から吐出される。
【００１９】
このとき、アキシャルディフューザ１１（遠心圧縮機１）の出口部では、ラジアルディフューザ５の出口部よりも圧力（静圧）が高くなる。従って、アキシャルディフューザ１１の出口部から吐出された空気の一部は、ラジアルディフューザ５の後部側面５ａに形成された空気導入口１０よりラジアルベーン８内に導入され、ラジアルベーン８に形成された空気噴出部９の開口から凸状側壁面８ａに沿って噴き出される。
【００２０】
このように遠心圧縮機１の出口部とラジアルディフューザ５の出口部との圧力差を利用して、遠心圧縮機１の出口部から吐出される空気をラジアルベーン８の空気噴出部９から噴出させる空気として使用するので、設備を大規模化させずに空気噴出部９から空気を噴出させることが可能となる。
【００２１】
ところで、ラジアルディフューザ５に上記の空気噴出部９及び空気導入口１０を設けない場合には、以下の不具合が生じる。
【００２２】
即ち、ラジアルベーン８の傾き角度は、遠心圧縮機１にとって最も効率の良い空気流量によって決定される。しかし、空気流量を常に一定にすると、遠心圧縮機１の作動範囲が狭くなるため、空気流量をいろいろ変えて使用することが多い。ところが、空気流量を絞ってくると、ラジアルベーン８の迎え角度、つまり空気流に対するラジアルベーン８の傾斜度が増加する。このため、図３に示すように、ラジアルベーン８の凸状側壁面８ａに形成される境界層が増大し、空気流路７を流れる主流空気が途中から凸状側壁面８ａ表面に沿って流れなくなる、いわゆる主流空気の流れの剥離が生じる。その結果、ラジアルディフューザ５においてエネルギー変換効率の急激な低下を起こし、遠心圧縮機１の正常な運転ができなくなってしまう。
【００２３】
これに対し本実施形態では、遠心圧縮機１の出口部から吐出された高圧空気の一部を、ラジアルディフューザ５の基部６に形成された空気導入口１０からラジアルベーン８内に導入し、その空気をラジアルベーン８に形成された空気噴出部９から噴出させるようにしたので、図２に示すように、ラジアルベーン８の凸状側壁面８ａに形成される境界層に当該空気が新たなエネルギーとして吹き込まれ、その空気がアキシャルディフューザ１１に向けて凸状側壁面８ａ表面に沿って流れるようになる。このため、凸状側壁面８ａにおける境界層が低減され、凸状側壁面８ａに対する空気の流れの剥離が抑制される。これにより、ラジアルディフューザ５におけるエネルギー変換効率の急激な低下が防止されるため、遠心圧縮機１の正常な運転を行うことが可能となる。また、遠心圧縮機１の運転可能な空気流量範囲を広げることができる。
【００２４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、ラジアルディフューザ５の外周側にアキシャルディフューザ１１が配置されているが、本発明の遠心圧縮機は、アキシャルディフューザの代わりにスクロールを設けたものにも適用可能である。この場合には、例えば空気圧ポンプ等を用いてラジアルベーン８内に空気を供給し、空気噴出部９から空気を噴出させても良い。
【００２５】
また、上記実施形態では、ラジアルベーン８の凸状側壁面８ａに開口する空気噴出部９を設けたが、ラジアルベーン８の凹状側壁面８ｂにおいても空気流の剥離が生じる場合には、凹状側壁面８ｂに開口する空気噴出部も設けても良い。
【００２６】
さらに、ラジアルディフューザ５に形成された上記の空気噴出部９及び空気導入口１０を、アキシャルディフューザ１１に設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係わる遠心圧縮機の一実施形態の要部を示す概略断面図である。
【図２】図１に示したラジアルディフューザを空気の流れと共に示す部分平面図である。
【図３】図２において空気噴出部及び空気導入口を設けない場合の空気の流れを示す部分平面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…遠心圧縮機、２…インペラ、５…ラジアルディフューザ、７…空気流路、８…ラジアルベーン、８ａ…凸状側壁面、９…空気噴出部、１０…空気導入口、１１…アキシャルディフューザ。
【図１】
0005045507.tif 000002
【図２】
0005045507.tif 000003
【図３】
0005045507.tif 000004