(57)【要約】【課題】簡単な構造により圧損を増加させることなく、バレル型圧縮機等の圧縮機の圧縮効率を向上可能な圧縮機のディフューザを提供する。【解決手段】ディフューザディスク３に圧縮された気体の旋回流Ｓに沿ったディフューザベーン４を設けて、これらのベーン４間に気体流路５を形成された圧縮機のディフューザ２において、前記ディフューザベーン４の下流側が、これらディフューザベーン４の外形形状に沿って連続的に延設されると共に、この圧縮機の軸心Ｃを含む縦断面を平面視したとき、延設された前記ディフューザベーン４が、圧縮された気体が出口流路８へ向かう直前に曲がり部４ｂを有して終端されてなる。【選択図】図１
2009264136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディフューザディスクに圧縮された気体の旋回流に沿ったディフューザベーンを設けて、これらのベーン間に気体流路を形成された圧縮機のディフューザにおいて、前記ディフューザベーンの下流側が、これらディフューザベーンの外形形状に沿って連続的に延設されると共に、この圧縮機の軸心を含む縦断面を平面視したとき、延設された前記ディフューザベーンが、圧縮された気体が出口流路へ向かう直前に曲がり部を有して終端されてなることを特徴とする圧縮機のディフューザ。
【請求項２】
前記気体流路が、圧縮機の軸心に直交する平断面を平面視したとき、前記ディフューザディスクに対して旋回方向に形成されると共に、前記ディフューザベーン間に形成された気体流路が、下流方向に暫時拡幅されてなることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機のディフューザ。
【請求項３】
前記ディフューザベーンの曲がり部上面が、圧縮機の軸心を含む縦断面を平面視したとき、前記気体流路の高さの２倍以上の曲がり半径を有してなることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機のディフューザ。
【請求項４】
前記気体流路が、圧縮機の軸心方向には前記ディフューザディスクの上面とスクロールの下端面に挟まれた空間、及び前記軸心に直交する円周方向には前記ディフューザベーン間の空間によって形成された上流側の円盤流路部と、前記曲がり部における半径方向には圧縮機のハウジングの内壁面とスクロールの下端面に挟まれた空間、及び前記軸心に直交する円周方向には前記ディフューザベーン間の空間により形成された下流側の円筒流路部とを有してなることを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一つの項に記載の圧縮機のディフューザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は羽根車を収納するハウジングが樽（ｂａｒｒｅｌ）形状をしたバレル型圧縮機（以下、単に圧縮機とも言う）等の圧縮機のディフューザに関し、より詳しくは、簡単な構造により圧損を増加させることなく、バレル型圧縮機等の圧縮効率を向上可能な圧縮機のディフューザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機により圧縮された気体が羽根車から流出する旋回速度が大きくて、気体の流れを直接渦巻室や出口流路に送り込むのに適していない場合は、気体の流れを減速して、動圧の大部分を静圧に回復するため、ディフューザディスク（以下、単にディスクとも言う）に圧縮された気体の流れに沿ったディフューザベーン（以下、単にベーンとも言う）を形成して、これらのベーン間に気体流路を形成されたディフューザを設けることが通常行われている。
【０００３】
この様な従来例に係る圧縮機のディフューザについて、バレル型圧縮機を例に以下添付図４，５を参照しながら説明する。図４は従来例に係るバレル型圧縮機のディフューザを説明するための要部縦断面図、図５（ａ）は図４の矢視Ｘ−Ｘの一部を省略して示す平断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の矢視Ｙ−Ｙを示す縦断面図である。
【０００４】
このバレル型圧縮機の軸心Ｃ上部から吸込まれた気体は、羽根車１１の回転に従ってこの圧縮機の軸心Ｃ下方に向かう旋回流Ｓを形成しつつ、ディフューザ１２を介して出口流路部１８に排出される。ディフューザ１２は、円環状のディフューザディスク１３に圧縮された気体の旋回流Ｓに沿ったディフューザベーン１４を設けて、これらのベーン１４間に気体流路１５が形成されている。そして、羽根車１１により圧縮された圧縮気体が、このベーン１４間に形成された狭い気体流路１５に沿って流れ込んで減速され、動圧の大部分を静圧に回復した後、出口流路部１８に排出される様に構成されている。
【０００５】
この様なディフューザ１２は、圧縮機内の旋回流Ｓを減速させるのに伴って複雑な流れを生じるため、ベーン１４の形成されていない気体流路１５の間をショートパスしたり剥離流を生じたりして、圧縮機として圧縮効率の低下を招くことがある。そのため、圧縮機の圧縮効率を低下させないためのディフューザが、従来より各種提案されている。
【０００６】
そこで次に、従来技術に係るディフューザの圧縮効率改善例について、以下添付図６，７を参照しながら説明する。図６は従来技術１に係るディフューザの一実施例を示す断面図、図７は従来技術２に係る圧縮機のベーンレス部の構造の一実施形態を示す一部の記載を省略した平断面図である。
【０００７】
先ず、従来技術１に係る遠心圧縮機の羽根突きディフューザは、図６に示す如く、ブロワ扇車２２の軸心方向に対向配置した一対の側板２７，３２のうちの一方の側板２７に、流路２６を通過する流体２５を昇圧してブロワ車室２４に導く羽根２９を一体的に設け、他方の側板３２を一方の側板２７に向け移動自在に構成すると共に、他方の側板３２の裏側に空洞部３４を形成し、流路２６の出口部２６ａと空洞部３４とを連通する連通孔３５を他方の側板３２に穿設したものである。
【０００８】
そして、他方の側板３２をこの側板３２の表裏の圧力差により、羽根２９に押し付けて羽根２９と他方の側板３２との間の隙間を狭めることができるので、羽根２９を迂回する流体２５の流れを減少させて、遠心圧縮機２１の効率を向上させるものである（特許文献１参照）。
【０００９】
次に、従来技術２に係る圧縮機のベーンレス部の構造は、図７に示す如く、遠心羽根車４１とディフューザ４２との間に、接続空間となるベーンレス部４７が配される圧縮機において、ベーンレス部４７を回転軸方向に離間した位置で囲む側壁の内面に、ディフューザ４２における入口空気流の方向に沿うと共に、内方に突出状態の誘導壁４８が配され、主流と異なる分岐流や剥離流による二次流れを抑制すると共に、剥離現象の発生を抑制して圧縮機の圧縮効率の向上を図るものである（特許文献２参照）。
【００１０】
更に、従来技術３に係る多段遠心圧縮機は、図示は省略するが、段間吸込ノズルの流路に複数の案内羽根を円周方向に内設し、夫々の案内羽根と夫々の静止羽根との間に所定長さの円環状の仕切り板を設けることによって、気体の流れ方向をディフューザの夫々の側面に沿う方向に矯正した上で混合させ、かつ静止羽根及び案内羽根が合流点で滑らかに夫々の気体を通過させる様にして、気体の混合による損失を低減させるものである（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平５−７１４９８号公報
【特許文献２】特開平９−１７７６９８号公報
【特許文献３】特開平６−２５７５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来技術１は、構造が複雑なため製作コストがアップする上、微小なゴミが他方の側板３２とケーシング３０間の摺動部に詰まったり或いは錆発生によって、前記側板３２が移動不可能になる恐れがある。また、上記従来技術２はベーンレス部４７の流れ方向距離が小さいため、どの程度の効率改善効果があるのかが疑問である。更に、上記従来技術３は多段の圧縮機にしか適用できない。
【００１２】
従って、本発明の目的は、簡単な構造により圧損を増加させることなく、バレル型圧縮機等の圧縮機の圧縮効率を向上可能な圧縮機のディフューザを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る圧縮機のディフューザが採用した手段は、ディフューザディスクに圧縮された気体の旋回流に沿ったディフューザベーンを設けて、これらのベーン間に気体流路を形成された圧縮機のディフューザにおいて、前記ディフューザベーンの下流側が、これらディフューザベーンの外形形状に沿って連続的に延設されると共に、この圧縮機の軸心を含む縦断面を平面視したとき、延設された前記ディフューザベーンが、圧縮された気体が出口流路へ向かう直前に曲がり部を有して終端されてなることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項２に係る圧縮機のディフューザが採用した手段は、請求項１に記載の圧縮機のディフューザにおいて、前記気体流路が、圧縮機の軸心に直交する平断面を平面視したとき、前記ディフューザディスクに対して旋回方向に形成されると共に、前記ディフューザベーン間に形成された気体流路が、下流方向に暫時拡幅されてなることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の請求項３に係る圧縮機のディフューザが採用した手段は、請求項１または２に記載の圧縮機のディフューザにおいて、前記ディフューザベーンの曲がり部上面が、圧縮機の軸心を含む縦断面を平面視したとき、前記気体流路の高さの２倍以上の曲がり半径を有してなることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の請求項４に係る圧縮機のディフューザが採用した手段は、請求項１乃至３のうちの何れか一つの項に記載の圧縮機のディフューザにおいて、前記気体流路が、圧縮機の軸心方向には前記ディフューザディスクの上面とスクロールの下端面に挟まれた空間、及び前記軸心に直交する円周方向には前記ディフューザベーン間の空間によって形成された上流側の円盤流路部と、前記曲がり部における半径方向には圧縮機のハウジングの内壁面とスクロールの下端面に挟まれた空間、及び前記軸心に直交する円周方向には前記ディフューザベーン間の空間により形成された下流側の円筒流路部とを有してなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１に係る圧縮機のディフューザによれば、ディフューザディスクに圧縮された気体の旋回流に沿ったディフューザベーンを設けて、これらのベーン間に気体流路を形成された圧縮機のディフューザにおいて、前記ディフューザベーンの下流側が、これらディフューザベーンの外形形状に沿って連続的に延設されると共に、この圧縮機の軸心を含む縦断面を平面視したとき、延設された前記ディフューザベーンが、圧縮された気体が出口流路へ向かう直前に曲がり部を有して終端されてなるので、気体流路の曲がり部における流れの乱れによる効率低下を防止し、バレル型圧縮機等の圧縮機の圧縮効率を向上可能である。
【００１８】
また、本発明の請求項２に係る圧縮機のディフューザによれば、前記気体流路が、圧縮機の軸心に直交する平断面を平面視したとき、前記ディフューザディスクに対して旋回方向に形成されると共に、前記ディフューザベーン間に形成された気体流路が下流方向に暫時拡幅されてなるので、圧縮された気体が気体流路の下流側に行くに従い、流れを乱すことなく減速され静圧の回復を促進し得る。
【００１９】
更に、本発明の請求項３に係る圧縮機のディフューザによれば、前記ディフューザベーンの曲がり部上面が、圧縮機の軸心を含む縦断面を平面視したとき、前記気体流路の高さの２倍以上の曲がり半径を有してなるので、圧損の増加を低減して圧縮機の圧縮効率を向上可能である。
【００２０】
また更に、本発明の請求項４に係る圧縮機のディフューザによれば、前記気体流路が、圧縮機の軸心方向には前記ディフューザディスクの上面とスクロールの下端面に挟まれた空間、及び前記軸心に直交する円周方向には前記ディフューザベーン間の空間によって形成された上流側の円盤流路部と、前記曲がり部における半径方向には圧縮機のハウジングの内壁面とスクロールの下端面に挟まれた空間、及び前記軸心に直交する円周方向には前記ディフューザベーン間の空間により形成された下流側の円筒流路部とを有してなるので、前記気体流路を構成する円盤流路部と円筒流路部とが、ディフューザを除く従来例に係る圧縮機の部材の組み合わせにより形成されるので、製造コストの大幅なアップや複雑な構成となることを回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
先ず、本発明の実施の形態に係る圧縮機のディフューザを、添付図１および図２を参照しながら以下説明する。図１は本発明の実施の形態に係るバレル型圧縮機のディフューザを説明するための要部縦断面図、図２（ａ）は図１の矢視Ａ−Ａの一部を省略して示す平断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の矢視Ｂ−Ｂを示す縦断面図である。
【００２２】
バレル型圧縮機等の圧縮機の設計において、効率よりも減量運転範囲の大きさを重視する場合はディフューザを設けないこともあるが、効率を重視する場合はディフューザを設けて圧縮効率の向上を図るのが通常である。
【００２３】
バレル型圧縮機の軸心Ｃ方向上部から吸込まれた気体は、羽根車１の回転に従って矢印で示す様に、この圧縮機の軸心Ｃ下方に向かう旋回流Ｓを形成しつつ加速され、羽根車１の外周方向に放出される。羽根車１の外周方向に放出された気体は、ディフューザ２を介して出口流路部８に排出される。このディフューザ２は、円環状のディフューザディスク３に、放出された気体の旋回流Ｓに沿ったディフューザベーン４を設けて、これらのベーン４間に気体流路５が形成されている。
【００２４】
そして、本発明の実施の形態に係る圧縮機のディフューザ２は、前記ディフューザベーン４の下流側が、前記気体流路５の形状に沿って連続的に延設されている。また、この圧縮機の軸心Ｃを含む縦断面を平面視した図１において、延設された前記ディフューザベーン４が、圧縮気体がこのベーン４に流入する直後においては軸心Ｃに直交する方向の直線部４ａを形成すると共に、出口流路８へ向かう直前に、前記直線部４ａから略垂直上方へ円弧をなして向かう曲がり部４ｂを形成して終端されている。
【００２５】
即ち、前記ディフューザベーン４は、軸心Ｃに直交する方向の直線部４ａと、この直線部４ａに延設されて略垂直上方へ円弧をなして向かう曲がり部４ｂとを有して形成されている。そして今、前記曲がり部４ｂの上面の曲がり半径をＲとする。
【００２６】
一方、前記気体流路５は、圧縮機の軸心Ｃに直交する平断面を平面視した図２において、前記ディフューザディスク３に対して旋回方向に形成されると共に、前記ディフューザベーン２間に形成された気体流路５の幅ｗが、下流側に行くに従って暫時拡幅される様に構成される。
【００２７】
この様に構成されたディフューザ２において、羽根車１により加速された圧縮気体は、ディフューザベーン４間に形成された狭い気体流路５に沿って流れ込んで減速され、動圧の大部分を静圧に回復した後、出口流路部８に排出される様に構成されている。通常、この様なディフューザ２は、前記ディスク３とベーン４とが切削加工や鋳造等によって一体的に形成されている。
【００２８】
従って、この様に構成されたディフューザ２は、羽根車１により加速された気体を、ディフューザベーン４間に形成された狭い気体流路５に沿って、直線部４ａを経て流れを乱すことなく前記曲がり部４ｂに導き、動圧の大部分を静圧に回復させた後出口流路部８に排出するので、圧縮機の圧縮効率を低下させることが無い。
【００２９】
更に、前記ディフューザベーン４の曲がり部４ｂの上面が、この圧縮機の軸心Ｃを含む縦断面を平面視した図１において、前記気体流路５の高さｈの２倍以上の曲がり半径Ｒを有するのが好ましい。この曲がり部４ｂの曲がり半径Ｒが前記気体流路５の高さｈと等しければ、曲がり部４ｂの圧損は１８．０ｋＰａであるが、前記曲がり部４ｂの曲がり半径Ｒが前記気体流路５の高さｈの２．５倍であれば、前記圧損は１５．７ｋＰａと大幅に低下するためである。
【００３０】
ここで、前記気体流路５の構成について更に詳細に説明すれば、この気体流路５は、上流側の円盤流路部５ａと下流側の円筒流路部５ｂとから構成されている。即ち、前記円盤流路部５ａは、軸心Ｃ方向にはディフューザディスク３とスクロール７の下端面７ａに挟まれた空間、軸心Ｃに直交する円周方向にはディフューザベーン４間の空間によって形成されている。また、前記円筒流路部５ｂは、曲がり部４ｂにおける半径Ｒ方向にはハウジング６の内壁面６ａとスクロール７の下端面７ａに挟まれた空間、軸心Ｃに直交する円周方向にはディフューザベーン４間の空間により形成されている。
【００３１】
従って、前記気体流路５を構成する円盤流路部５ａと円筒流路部５ｂとが、ディフューザ２を除く従来例に係る圧縮機の部材の組み合わせにより形成されるので、製造コストの大幅なアップや複雑な構成となることを回避できる。
【００３２】
この様な気体流路５の構成によって、羽根車１により加速された気体の旋回流Ｓを、前記気体流路５の直線部４ａに沿って流れを乱すことなく曲がり部４ｂに導き、動圧の大部分を効率良く静圧に回復させた後、出口流路部８に排出可能となるのである。この出口流路部８は、ディフューザ２から出て来た圧縮気体を集めて、圧縮機系外のガスクーラ或いは他の配管へ流す役目をする部分である。
【００３３】
本発明に係る圧縮機のディフューザ２は、バレル型圧縮機のディフューザに適用するのが、図１，２に示す如くスムーズな気体の流れを形成する上で好ましい。特に、圧縮機をコンパクトにし、安価にしたい要望等がある際に用いられるバレル部の小さなバレル型圧縮機の場合、従来のベーン長さの長いディフューザを適用することができないが、本発明に係るディフューザであれば適用可能である。即ち、コンバクトなバレル型圧縮機のディフューザに本発明を適用することによって、特に著しい圧縮効率の改善を望むことができる。但し、本発明に係る圧縮機のディフューザ２は、必ずしもバレル型圧縮機に限定されるものではなく、他の遠心圧縮機に対しても適用可能である。
【００３４】
＜実施例＞
同一容量を有するバレル型圧縮機において、図１，２に示した本発明の実施の形態に係るディフューザを採用した場合（実施例）と、図４，５に示した従来例に係るディフューザを採用した場合（比較例）の圧縮効率を比較したシミュレーション結果を図３に示す。前記実施例においては、ディフューザベーン４の曲がり部４ｂの曲がり半径Ｒ＝３ｈとしている。
【００３５】
前記シミュレーション結果によれば、図３に示す様に、圧縮機の吐出流量Ｑと羽根車の回転数Ｎの比Ｑ／Ｎの増加に従って夫々の圧縮効率は上昇し、Ｑ／Ｎ＝１００％において圧縮効率は最大となる。更に、Ｑ／Ｎが増加するに従って圧縮効率は急激に低減する。また、Ｑ／Ｎが９０％以下の領域を除外した全Ｑ／Ｎにおいて、比較例に比べて実施例の方が圧縮効率が高く、Ｑ／Ｎ＝１００％においてその差が最大の１％となった。
【００３６】
即ち、本発明に係る圧縮機のディフューザによれば、ディフューザベーンの下流側が気体流路の形状に沿って連続的に延設されると共に、この圧縮機の軸心を含む縦断面を平面視したとき、延設された前記ディフューザベーンが、圧縮気体が出口流路へ向かう直前に曲がり部を形成して終端されてなるので、簡単な構造により圧損を増加させることなく、バレル型圧縮機等の圧縮機の圧縮効率を大略０．５〜１％程度向上可能である。
【００３７】
また、本発明に係る圧縮機のディフューザによれば、前記ディフューザベーンの曲がり部が、圧縮機の軸心を含む縦断面を平面視したとき、前記気体流路の高さの２倍以上の曲がり半径を有してなるので、圧損の増加を低減して圧縮機の圧縮効率を向上可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態に係るバレル型圧縮機のディフューザを説明するための要部縦断面図である。
【図２】図（ａ）は図１の矢視Ａ−Ａの一部を省略して示す平断面図、図（ｂ）は図（ａ）の矢視Ｂ−Ｂを示す縦断面図である。
【図３】本発明の実施例に係り、本発明の実施の形態に係るディフューザを採用した場合（実施例）と、従来例に係るディフューザを採用した場合（比較例）の圧縮効率をＱ／Ｎに対してシミュレーションした結果を示す図である。
【図４】従来例に係るバレル型圧縮機のディフューザを説明するための要部縦断面図である。
【図５】図（ａ）は図４の矢視Ｘ−Ｘの一部を省略して示す平断面図、図（ｂ）は図（ａ）の矢視Ｙ−Ｙを示す縦断面図である。
【図６】従来技術１に係るディフューザの一実施例を示す断面図である。
【図７】従来技術２に係る圧縮機のベーンレス部の構造の一実施形態を示す一部の記載を省略した平断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
Ｃ：圧縮機の軸心，          Ｓ：旋回流，          Ｒ：曲がり部上面の半径，
ｈ：気体流路の高さ，        ｗ：気体流路の幅，
１：羽根車，                ２：ディフューザ，    ３：ディフューザディスク，
４：ディフューザベーン，  ４ａ：直線部，          ４ｂ：曲がり部，
５：気体流路，            ５ａ：円盤流路部，      ５ｂ：円筒流路部，
６：ハウジング，          ６ａ：内壁面，
７：スクロール，          ７ａ：下端面，
８：出口流路部
【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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