JP5488717B2 - 遠心圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は遠心圧縮機に関する。

従来、インペラとスクロールとの間に設けられ、インペラで増速された流体を減速加圧するディフューザ翼（ベーン）をディフューザ流路に設けた遠心圧縮機が知られている。このような遠心圧縮機の改良として、ディフューザ流路を構成するハブ側壁面とシュラウド側壁面の双方にベーンを設け、シュラウド側壁面に設けられるベーンを、インペラの回転軸と同軸に回動させる提案がある（特許文献１）。この提案は、遠心圧縮機の効率を向上させるため、ハブ側壁面に設けられたベーンとシュラウド側壁面に設けられたベーンの相対的な位置関係を変更させる。

特開２００８−１１１３６８号公報

ところで、前記特許文献１の提案において、シュラウド側壁面に設けられるベーンをインペラの回転軸と同軸に回動させるためには、各部にクリアランスを設けることが必要となる。各部に適切なクリアランスを設けることは、ベーンの回動時のフリクションを低減し、スムーズな動作を実現するためにも必要とされる。例えば、シュラウド側壁面に設けられるベーンとハブ側壁面との間には、クリアランスが設けられる。同様にハブ側壁面に設けられるベーンとシュラウド側壁面との間にもクリアランスが設けられる。

しかしながら、前記特許文献１の提案では、クリアランスが設けられる位置が、ハブ側壁面やシュラウド側壁面の近傍となる。すなわち、クリアランスが設けられる位置がディフューザ流路中の流体の速度が比較的低いところとなる。このため、これらのクリアランスが形成された部分にデポジットが堆積し易くなる。クリアランスが形成された部分にデポジットが堆積すると、ディフューザ翼の動作に影響が及ぶと考えられる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、デポジットの堆積を抑制することにより、遠心圧縮機のベーンの円滑な動作を確保することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の遠心圧縮機は、コンプレッサのハウジング内で回転するインペラから吐出される流体の運動エネルギを圧力に変換するディフューザ流路を有する遠心圧縮機であって、前記ディフューザ流路を形成するシュラウド側壁部と、前記シュラウド側壁部と対向し、前記シュラウド側壁部と共に前記ディフューザ流路を形成するハブ側壁部と、前記シュラウド側壁部に設けられ、前記ハブ側壁部側に向かって前記ディフューザ流路に突出する第１案内羽根と、前記第１案内羽根に対向する位置の前記ハブ側壁部に設けられ、前記第１案内羽根側に向かって前記ディフューザ流路に突出する第２案内羽根と、前記第１案内羽根と前記第２案内羽根との相対的な位置を変更可能な可変手段と、を備え、前記第１案内羽根の端面と前記第２案内羽根の端面とが、互いに前記ディフューザ流路で対向し、前記可変手段が、前記第１案内羽根および前記第２案内羽根の少なくとも一方を前記インペラの周方向に回動させる回動手段であって、前記コンプレッサ内を流れる流体の圧力に応じて前記第１案内羽根と前記第２案内羽根との相対的な位置を変更することを特徴とする。
上記の構成により、第１案内羽根のベーン端と第２案内羽根のベーン端とのクリアランスの位置がディフューザ流路の中央近傍（ディフューザ流路の幅径の半分近傍）となる。すなわち、クリアランスが設けられる位置（ベーン端の位置）がディフューザ流路中の流体の速度が比較的高いところとなる。よって、クリアランス部分（ベーン端部）へのデポジットの堆積を抑制することができる。
また、上記の構成により、第１案内羽根と第２案内羽根との相対的な位置を変更することで、第１案内羽根のベーン端と第２案内羽根のベーン端とのクリアランスの大きさを変更することができる。よって、より効果的にベーン端部へのデポジットの堆積を抑制することができる。
更に、上記の構成により、第１案内羽根と第２案内羽根のベーン端部へのデポジットの堆積を抑制しつつ、案内羽根を回動させる際にクリアランス部分のデポジットをせん断力によって掻き落とすことができる。よって、より効果的にベーン端部へのデポジットの堆積を抑制することができる。

また、本発明の遠心圧縮機は、前記第１案内羽根および前記第２案内羽根が、それぞれ前記ディフューザ流路への突出量が異なる部分を有し、前記第１案内羽根の最大突出量と前記第２案内羽根の最大突出量との和が前記ディフューザ流路の幅径以上であり、かつ前記第１案内羽根の端面と前記第２案内羽根の端面とが互いに咬合する形状である構成であってもよい。
上記の構成により、第１案内羽根の端面と第２案内羽根の端面とを咬合させることができる。これによって、ベーン端部へのデポジットの堆積を抑制することができる。また、クリアランス部からの空気の漏れを低減でき、コンプレッサ効率を向上させることができる。

本明細書に開示された遠心圧縮機によれば、デポジットの堆積を抑制し、遠心圧縮機のベーンの円滑な動作を確保することができる。

図１は、実施例１のコンプレッサの概略図である。 図２は、ディフューザ部の要部断面図である。 図３は、スライド式ベーン機構の分解構成図である。 図４は、スライド式ベーン機構の断面模式図である。図４（ａ）は第２ベーンがディフューザ流路に突出した状態を、図４（ｂ）は第２ベーンがスリットに引き込まれた状態を示している。 図５（ａ）は比較例のコンプレッサが低負荷領域にあるときのベーンの配置を模式的に示す説明図であり、図５（ｂ）は実施例のコンプレッサが低負荷領域にあるときのベーンの配置を模式的に示す説明図である。 図６（ａ）は実施例１のコンプレッサが低負荷領域にあるときのベーンの配置を模式的に示す説明図であり、図６（ｂ）は実施例１のコンプレッサが高負荷領域にあるときのベーンの配置を模式的に示す説明図である。 図７は、ハブ側の流速の分布と、シュラウド側の流速の分布を比較して示すグラフである。 図８は、ベーンの突出状態の違いによる、コンプレッサの圧縮効率及び過給空気量の違いを示すグラフである。 図９は、実施例２のディフューザ部の要部断面図である。 図１０は、実施例２の回転式ベーン機構の概略図である。 図１１（ａ）は比較例のコンプレッサのベーンの回転移動を模式的に示す説明図であり、図１１（ｂ）は実施例のコンプレッサの第２ベーンの回転移動を模式的に示す説明図である。 図１２は、実施例２の第１ベーンおよび第２ベーンの他の構成例を示している。 図１３（ａ）は実施例２のコンプレッサが低負荷領域にあるときのベーンの配置を模式的に示す説明図であり、図１３（ｂ）は実施例２のコンプレッサが高負荷領域にあるときのベーンの配置を模式的に示す説明図である。 図１４は、実施例３のディフューザ部の要部断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。

本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は実施例１のコンプレッサ（遠心式圧縮機）１１の概略図である。コンプレッサハウジング１２はコンプレッサ１１の筐体をなしている。コンプレッサハウジング１２はインペラ収容部１２ａを備えている。インペラ収容部１２ａにはインペラ１３が収容されている。インペラ１３はシャフト１４により回転駆動される。シャフト１４は例えばタービンと連結できる。すなわち、コンプレッサ１１は例えばターボ過給機に用いることができる。

コンプレッサハウジング１２内には、吸入口１２ｂから流体が吸入される。吸入された流体はインペラ１３に向かって流通し、インペラ１３の回転により外側に向けて送り出される。インペラ１３の外側にはスクロール部１５が設けられている。インペラ１３により外側に向けて送り出された流体は、スクロール部１５を介して例えばエンジンの吸気マニホルド等に供給される。インペラ１３とスクロール部１５との間には、ディフューザ流路を有するディフューザ部１６が設けられている。ディフューザ部１６はインペラ１３の周囲に隣接して設けられている。ディフューザ部１６は、インペラ１３が送り出す流体の運動エネルギを圧力に変換する。

ディフューザ部１６の詳細については、図２を用いて説明する。図２は、ディフューザ部１６の要部断面図である。図２では、第１ベーン５２および第２ベーン５３の幅方向に沿った断面を示している。ディフューザ部１６は、ハブ側壁部プレート５１と、第１ベーン５２と、ディフューザプレート５４と一体の第２ベーン５３と、カムリング５５と、駆動ロッド５６と、スプリング５７とを備えている。

図２に示すように、コンプレッサ１１は固定式の第１ベーン５２と可動式の第２ベーン５３を備えている。第１ベーン５２はシュラウド側壁部１７に設けられた案内羽根であって、ディフューザ流路に対して環状の列をなすようにして複数設けられている。第１ベーン５２は、その羽根部分の長手方向をインペラ１３のシャフト１４の方向に対して所定の角度をつけて配置される。この場合、第１ベーン５２はシュラウド側壁部１７との固定部分にピボット軸を設けることで、その羽根部分の角度を変更可能な構成であってもよい。また、第１ベーン５２は、その羽根部分の端面がディフューザ流路の幅径の略中央まで突出している。
なお、第１ベーン５２は、本発明の第１案内羽根の一構成例である。

第２ベーン５３はハブ側壁部プレート５１側に設けられた案内羽根であって、それぞれ第１ベーン５２と対向する位置に（第１ベーン５２毎に）設けられている。第２ベーン５３は、ハブ側壁部プレート５１のスリット５１ａを通じてディフューザ流路に出没可能な構成である。第２ベーン５３は、その端面が第１ベーン５２の端面と対向するように、羽根部分の長手方向をインペラ１３のシャフト１４の方向に対して所定の角度をつけて配置される。この場合、第２ベーン５３はピボット機構等を採用することによって羽根部分の角度を変更可能な構成であってもよい。
なお、第２ベーン５３は、本発明の第２案内羽根の一構成例である。

第２ベーン５３は、スライド式ベーン機構５０に組み込まれている。スライド式ベーン機構５０は、インペラ１３の背後側からコンプレッサハウジング１２に組み付けられている。スライド式ベーン機構５０は第２ベーン５３を可動にする。スライド式ベーン機構５０について、図３および４を用いて説明する。

図３は、スライド式ベーン機構５０の分解構成図である。図４は、スライド式ベーン機構５０の断面模式図である。図４では、コンプレッサハウジング１２とともにスライド式ベーン機構５０を示している。そして、図４（ａ）は第２ベーン５３がディフューザ流路に突出した状態を、図４（ｂ）は第２ベーン５３が後述するスリット５１ａに引き込まれた状態を示している。

スライド式ベーン機構５０は、図３に図示された側を表面側として、表面側をコンプレッサ１１側に合わせた向きでコンプレッサハウジング１２に組み付けられる。スライド式ベーン機構５０は第２ベーン５３のほか、ハブ側壁部プレート５１と、ディフューザプレート５４と、カムリング５５と、駆動ロッド５６と、スプリング５７と、収容部５８とを備えている。

ハブ側壁部プレート５１は、コンプレッサハウジング１２のシュラウド側壁部１７とともにディフューザ流路を形成する流路壁部である。ハブ側壁部プレート５１はスリット５１ａを有している。スリット５１ａは、第２ベーン５３と相似形状に貫通した孔である。スリット５１ａは、第１ベーン５２と対向する位置に第２ベーン５３毎に複数設けられており、第２ベーン５３がディフューザ流路へ出没することを可能にする。
なお、スリット５１ａは、本発明の第２貫通孔の一構成例である。

ハブ側壁部プレート５１の背後には、ディフューザプレート５４が設けられている。ディフューザプレート５４は環状の部材であり、ディフューザプレート５４には第２ベーン５３が設けられている。第２ベーン５３は、ディフューザプレート５４の表面側に環状の列をなすようにして複数設けられている。本実施例では、これら複数の第２ベーン５３がディフューザプレート５４に一体形成されている構成であるが、ピボット機構等を採用することによって第２ベーン５３の羽根部分の角度を変更可能な構成であってもよい。ディフューザプレート５４はコンプレッサ１１の軸方向に沿って移動可能に設けられている。ディフューザプレート５４はコンプレッサ１１の軸方向に沿って移動することで、第２ベーン５３をディフューザ流路に出没させる。

ディフューザプレート５４の背後には、カムリング５５が設けられている。カムリング５５は円筒状の部材であり、コンプレッサ１１（インペラ１３）の軸周りに回転可能に設けられる。カムリング５５は突き出し部５５ａと、引き込み部５５ｂと、接続部５５ｃとを備えている。これら突き出し部５５ａ、引き込み部５５ｂおよび接続部５５ｃは、カムリング５５の表面側に設けられている。

突き出し部５５ａは周方向に沿って均等に複数（本実施例では３つ）設けられている。複数の突き出し部５５ａは、カムリング５５背後側の円形端部を底部として、底部から互いに同様の高さで平らに形成されている。引き込み部５５ｂは隣り合う突き出し部５５ａの間に設けられている。複数の引き込み部５５ｂも底部から互いに同様の高さで平らに形成されている。突き出し部５５ａは引き込み部５５ｂよりも表面側に突出している。

突き出し部５５ａそれぞれは、隣り合う引き込み部５５ｂのうち、同方向に位置する引き込み部５５ｂそれぞれとの間で、接続部５５ｃによって接続されている。接続部５５ｃは、引き込み部５５ｂから突き出し部５５ａに向かって斜めに立ち上がるようにして傾斜している。接続部５５ｃはこれら突き出し部５５ａ、引き込み部５５ｂと滑らかな接合カーブを有して接合されている。これら突き出し部５５ａ、引き込み部５５ｂおよび接続部５５ｃは、カムＣＭを構成している。

カムＣＭはカム係合部５４ａと係合する。カム係合部５４ａはディフューザプレート５４にカムＣＭ毎に設けられている。カム係合部５４ａは、ディフューザプレート５４の外周からブロック状に突起するように設けられている。径方向に沿ったカム係合部５４ａの位置は、カムＣＭと係合可能な位置に設定されている。周方向に沿ったカム係合部５４ａの幅は、周方向に沿った引き込み部５５ｂの幅よりも小さく設定されている。

上記のカム機構はカムリング５５の回転方向に応じて次のように作動する。すなわち、カムリング５５が矢印Ｃｃ方向に回転した場合、カム機構は第２ベーン５３をディフューザ流路に突出させるように作動する。また矢印Ｏｃの方向に回転した場合、カム機構は第２ベーン５３をスリット５１ａに埋没させる（引き込む）ように作動する。カム機構はこのようにして第２ベーン５３をディフューザ流路に出没させる。

駆動ロッド５６は、カムリング５５に設けられている。駆動ロッド５６は図示しないアクチュエータと接続されており、外部からのカムリング５５の駆動を可能にする。したがって、カムリング５５は、駆動ロッド５６を介した駆動入力によって回転駆動する。

スプリング５７は金属製の弾性部材であって、ハブ側壁部プレート５１とディフューザプレート５４との間に設けられている。スプリング５７はディフューザプレート５４をカムリング５５側に付勢する。そしてこれにより、ディフューザプレート５４の不要な動きを規制する。スプリング５７は次のようにして設けることができる。すなわち、ディフューザプレート５４の表面側にスプリング５７を収納可能な収納部５４ｂを周方向に沿って均等に複数（例えば３つ）設ける。そして、各収納部５４ｂにスプリング５７を設ける。収納部５４ｂは有底円筒状の形状に形成することができる。この場合、スプリング５７は金属製の弾性部材に限られずに、ディフューザプレート５４をカムリング５５側に付勢可能な他の構成であってもよい。

収容部５８はコンプレッサハウジング１２およびハブ側壁部プレート５１によって形成される中空の部屋である。収容部５８は、第２ベーン５３全体を収容可能な程度の充分な空間を有しており、カム機構の作動に応じてスリット５１ａに埋没される（引き込まれる）第２ベーン５３を収容する。

上記のスライド式ベーン機構５０によって、第２ベーン５３はその端面がディフューザ流路の幅径の略中央であって、対向する第１ベーン５２の端面と接触しない位置まで突出される。すなわち、第２ベーン５３は対向する第１ベーン５２の端面と所定のクリアランスを有する位置まで突出される。これによって、第１ベーン５２と第２ベーン５３とをディフューザ流路に突出させて、コンプレッサ１１の圧縮効率を高めることができる。更に、第１ベーン５２と第２ベーン５３とのクリアランスが設けられる位置をディフューザ流路の中央近傍（ディフューザ流路の幅径の半分近傍）にすることができる。
また、上記のスライド式ベーン機構５０によって、第２ベーン５３はスリット５１ａに埋没される（引き込まれる）。これによって、第１ベーン５２と第２ベーン５３とのクリアランスを大きくして、第１ベーン５２および第２ベーン５３と空気との衝突損失を低減することができる。また、第２ベーン５３が引き込まれた側のディフューザ流路の壁面はベーンレスとなり、明確なスロートが形成されない状態となる。

図５（ａ）は比較例のコンプレッサが低負荷領域にあるときのベーンの配置を模式的に示す説明図であり、図５（ｂ）は実施例のコンプレッサ１１が低負荷領域にあるときのベーンの配置を模式的に示す説明図である。一般的に、ある通路を流体が流通する場合、流通する流体と通路壁との間に抵抗が発生する。そのため、通路の中央部側を流通する流体の速度が比較的高くなり、通路壁側に近づくにつれて流体の速度が低くなる。つまり、コンプレッサのディフューザ流路の中央近傍（ディフューザ流路の幅径の半分近傍）よりも壁側の方が流体（空気）の速度が低くなる。そのため、ベーン端をディフューザ流路の壁側に設ける（図５（ａ）のＡ）と、ベーン端部にデポジットが堆積し易くなる。
ここで、本実施例のコンプレッサ１１は、第１ベーン５２と第２ベーン５３とのベーン端を、空気の速度が比較的高いディフューザ流路の中央近傍（ディフューザ流路の幅径の半分近傍）にすることができる（図５（ｂ）のＢ）。よって、ベーン端部へのデポジットの堆積を抑制することができることから、遠心圧縮機のベーンの円滑な動作を確保することができる。

この場合、第１ベーン５２の端面と第２ベーン５３の端面とが咬合（嵌合）する形状として、スライド式ベーン機構５０によって第２ベーン５３の端面が対向する第１ベーン５２の端面と当接する位置まで突出される構成であってもよい。この構成によれば、第２ベーン５３の突出時に第１ベーン５２と第２ベーン５３とのクリアランスを消失させることができることから、ベーン端部へのデポジットの堆積を抑制することができる。また、クリアランス部からの空気の漏れを低減でき、コンプレッサ効率を向上させることができる。

つづいて、実施例のスライド式ベーン機構５０の作動制御について説明する。図６（ａ）は実施例１のコンプレッサ１１が低負荷領域にあるときのベーンの配置を模式的に示す説明図であり、図６（ｂ）は実施例１のコンプレッサ１１が高負荷領域にあるときのベーンの配置を模式的に示す説明図である。スライド式ベーン機構５０の作動制御は、例えば外部に設けられたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）によってアクチュエータを制御することで実行する。コンプレッサ１１の運転領域が比較的低負荷にある、すなわちコンプレッサ１１内を流れる空気量が所定値未満の場合、アクチュエータによってカムリング５５を図４の矢印Ｃｃ方向に回転させる。これによって、第２ベーン５３をディフューザ流路に突出させて（図６（ａ）参照）、コンプレッサ１１の低負荷領域における圧縮効率を高めることができる。ここで、空気量の所定値とは、第２ベーン５３をディフューザ流路に埋没させた場合の圧縮効率よりも突出させた場合の圧縮効率が高くなる空気量のしきい値であって、予め台上試験等で求めた任意の圧力値を適用することができる。また、コンプレッサ１１内を流れる空気量は、圧力センサやエアフロメータ等を設けて直接的に検出してもよいし、インペラ１３の回転数等から間接的に検出してもよい。

一方、コンプレッサ１１の運転領域が比較的高負荷にある、すなわちコンプレッサ１１内を流れる空気量が所定値以上の場合は、アクチュエータによってカムリング５５を図４の矢印Ｏｃの方向に回転させる。これによって、第２ベーン５３をスリット５１ａに埋没させて（引き込んで）（図６（ｂ）参照）、第１ベーン５２および第２ベーン５３と空気との衝突損失を低減させる。すなわち、コンプレッサ１１の高負荷領域における安定した作動を達成することができる。更に、第２ベーン５３をディフューザ流路に出没させることで、第１ベーン５２と第２ベーン５３のクリアランス（ベーン端）を流体の速度が比較的高いディフューザ流路中央近傍にすることができる。よって、ベーン端部へのデポジットの堆積を抑制することができる。
なお、スライド式ベーン機構５０は、本発明の出没手段（可変手段）の一構成例である。

図７は、ハブ側の流速の分布と、シュラウド側の流速の分布を比較して示すグラフである。コンプレッサ１１のディフューザ流路においては、シュラウド側壁部１７の近傍を流れる空気の速度（図７（ｂ）参照）よりも、ハブ側壁部プレート５１近傍を流れる空気の速度（図７（ａ）参照）の方が比較的高い。そのため、コンプレッサ１１の高負荷領域においてハブ側に設けられた第２ベーンを埋没させる（引き込む）ことにより、各ベーンと空気との衝突損失をより低減させることができる。

図８は、ベーンの突出状態の違いによる、コンプレッサの圧縮効率及び過給空気量の違いを示すグラフである。図８が示すように、ベーンをディフューザ流路の幅径いっぱいに突出させた場合（ベーン全出）は、過給空気流量が増大するほどコンプレッサの圧縮効率が低下する。一方、ベーンをディフューザ流路に突出させない場合（ベーン無）と、ディフューザ流路の幅径の半分まで突出させた場合（ベーン半出）とでは、過給空気流量に係わらずほぼ同じコンプレッサの圧縮効率が得られる。そのため、ベーンをディフューザ流路のシュラウド側とハブ側とに設ける場合、いずれか一方のベーンを出没可能とすることで、両方のベーンを出没可能とした場合とほぼ同じ圧縮効率を得ることができる。よって、シュラウド側壁部１７に設けた第１ベーン５２を固定し、ハブ側に設けた第２ベーンを出没可能とすることで、コンプレッサ１１の全負荷領域において高い圧縮効率を得ることができる。

以上のように、本実施例のコンプレッサは、ディフューザ流路のシュラウド側に設けられた第１ベーンの端面と、ハブ側に設けられた第２ベーンの端面とが、互いにディフューザ流路の中央近傍で対向する構成によって、ディフューザ流路中の流体の速度が比較的高い位置にベーン端部を設けることができる。よって、ベーン端部へのデポジットの堆積を抑制することができることから、遠心圧縮機のベーンの円滑な動作を確保することができる。

また、本実施例のコンプレッサは、ハブ側壁部プレートのスリットを通じて第２ベーンをディフューザ流路に出没可能な構成とすることにより、第１ベーンと第２ベーンとのクリアランスの大きさを変更することができる。よって、より効果的にベーン端部へのデポジットの堆積を抑制することができる。更に、コンプレッサ負荷に応じて第２ベーンをディフューザ流路に出没させることにより、コンプレッサの全負荷領域において高い圧縮効率を得ることができる。

つづいて、本発明の実施例２について説明する。実施例２のコンプレッサ１１１は、複数の第２ベーン１５３を有するディフューザプレート１５４がインペラ１３の回転軸と同軸に回動可能な構成である回転式ベーン機構１５０をハブ側に有する点で実施例１と相違する。

図９は、実施例２のディフューザ部１１６の要部断面図である。図９では、第２ベーン１５３の幅方向に沿った断面を示している。本実施例の回転式ベーン機構１５０は、複数の第２ベーン１５３を有するディフューザプレート１５４がインペラ１３の回転軸と同軸に回転移動（回動）可能である点を除いて、実施例１のスライド式ベーン機構５０と同様の構成である。なお、実施例１と同様の構成については、図面中同じ番号を付している。

図１０は、実施例２の回転式ベーン機構１５０の概略図である。図１０（ａ）は正面図を示しており、図１０（ｂ）は斜視図を示している。回転式ベーン機構１５０は、ラックギア部１５４ａおよびガイドレール部１５４ｃを有するディフューザプレート１５４と、ディフューザプレート１５４と一体の第２ベーン１５３と、ピニオンギア１５４ｂとを備えている。

第２ベーン１５３はハブ側のディフューザプレート１５４に設けられた案内羽根であって、それぞれ第１ベーン５２と対向する位置に（第１ベーン５２毎に）設けられている。第２ベーン１５３は、ディフューザプレート１５４の回転駆動に伴ってインペラ１３の回転軸と同軸に回動可能な構成である。第２ベーン１５３は、その端面が第１ベーン５２の端面と対向するように、羽根部分の長手方向をインペラ１３のシャフト１４の方向に対して所定の角度をつけて配置される。この場合、第２ベーン１５３はピボット機構等を採用することによって羽根部分の角度を変更可能な構成であってもよい。また、第２ベーン１５３は、その羽根部分の端面がディフューザ流路の幅径の略中央まで突出している。すなわち第２ベーン１５３は、対向する第１ベーン５２の端面と所定のクリアランスを有する位置までディフューザ流路に突出している。
なお、第２ベーン１５３は、本発明の第２案内羽根の一構成例である。

ディフューザプレート１５４は、ディフューザ部１１６のハブ側に設けられた環状の部材であって、コンプレッサハウジング１２のシュラウド側壁部１７とともにディフューザ流路を形成する流路壁部となる。ディフューザプレート１５４には第２ベーン１５３が設けられている。第２ベーン１５３は、ディフューザプレート１５４の表面側に環状の列をなすようにして複数設けられている。本実施例では、これら複数の第２ベーン１５３がディフューザプレート１５４に一体形成されている構成であるが、ピボット機構等を採用することによって第２ベーン１５３の羽根部分の角度を変更可能な構成であってもよい。ディフューザプレート１５４はインペラ１３の回転軸と同軸に回動可能に設けられている。ディフューザプレート１５４は、インペラ１３の回転軸と同軸に回転移動することで第１ベーン５２と第２ベーン１５３との相対的な位置を変更させる。

また、ディフューザプレート１５４は、インペラ１３と対向する側の端面（上端面）にラックギア部１５４ａを有している。ラックギア部１５４ａは、図示しないアクチュエータに連結したピニオンギア１５４ｂと噛合している。更に、ディフューザプレート１５４は、インペラ１３側の端面にガイドレール部１５４ｃを有している。

上記の回動機構はピニオンギア１５４ｂの回転に応じて次のように作動する。アクチュエータがピニオンギア１５４ｂを回転させると、その回転力がラックギア部１５４ａを通じてディフューザプレート１５４に伝達し、ガイドレール部１５４ｃに沿ってディフューザプレート１５４が回転移動する。ディフューザプレート１５４をインペラ１３の回転軸と同軸に所定の角度θ分だけ回転移動させると、ディフューザプレート１５４に設けられた第２ベーン１５３も角度θ分だけ回転方向の位相が変化する。これによって、第１ベーン５２と第２ベーン１５３との相対的な位置が変更される。

上記の回転式ベーン機構１５０によって、第２ベーン１５３はその端面が第１ベーン５２の端面と対向する位置まで回転移動する。これによって、第１ベーン５２と第２ベーン１５３とをディフューザ流路内で対向させて、コンプレッサ１１１の圧縮効率を高めることができる。更に、第１ベーン５２および第２ベーン１５３は、それぞれディフューザ流路の幅径の略中央まで突出している。そのため、第１ベーン５２と第２ベーン１５３のベーン端がディフューザ流路の中央近傍（ディフューザ流路の幅径の半分近傍）になることから、ベーン端へのデポジットの堆積を抑制することができる。
また、上記の回転式ベーン機構１５０によって、第２ベーン１５３はその端面が第１ベーン５２の端面と対向しない位置まで回転移動する。これによって、各ベーンの反対側の空間がベーンレスとなるため、気流はその空間を流れることができ、スロート面積拡大と同様の効果がある。そのため、コンプレッサ１１１内を流れる空気量が所定値以上の領域のコンプレッサ効率を維持することができる。

更に、上記の回転式ベーン機構１５０によって第２ベーン１５３を回転移動させる際に、クリアランス部分のデポジットをせん断力によって掻き落とすことができる。図１１（ａ）は比較例のコンプレッサのベーンの回転移動を模式的に示す説明図であり、図１１（ｂ）は実施例のコンプレッサ１１１の第２ベーン１５３の回転移動を模式的に示す説明図である。ベーンまわりのクリアランスをディフューザ流路の壁側に設けると、クリアランス部分に生じたデポジットがベーンの間に掻き集められてしまう（図１１（ａ）参照）ために、ベーンの円滑な動作を確保することが困難になる。
一方、本実施例のコンプレッサ１１１は、第１ベーン５２と第２ベーン１５３とを対向させたときに生じるクリアランスの位置がディフューザ流路の中央近傍（ディフューザ流路の幅径の半分近傍）になる。そのため、第２ベーン１５３を回転移動させることで、第１ベーン５２と第２ベーン１５３とのクリアランス部分に生じたデポジットを掻き落とすことができる（図１１（ｂ）参照）。よって、クリアランス部分へのデポジットの堆積をより効果的に抑制することができることから、遠心圧縮機のベーンの円滑な動作を確保することができる。

この場合、回転式ベーン機構１５０によって第２ベーン１５３の端面が第１ベーン５２の端面と対向する位置に回転移動された時に、ベーンの互いの端面が咬合する構成であってもよい。図１２は、実施例２の第１ベーン５２および第２ベーン１５３の他の構成例を示している。第１ベーン５２の端面は、対向する第２ベーン１５３が回転移動する方向に向かって傾斜した形状を有している。また、第２ベーン１５３の端面は、対向する第１ベーン５２の端面と咬合（嵌合）する形状を有している。第１ベーン５２の最大突出部の突出量と第２ベーン１５３の最大突出部の突出量との和（ＨＶ１＋ＨＶ２）は、ディフューザ流路の幅径（Ｈｄｆ）よりも大きい構成となっている。この構成によると、回転式ベーン機構１５０によって第２ベーン１５３の端面が第１ベーン５２の端面と対向する位置に回転移動されることで、第１ベーン５２の端面と第２ベーン１５３の端面とが咬合する。そのため、ベーン間のクリアランスを消失させることができることから、ベーン端面間のクリアランスからの空気漏れによる損失が無くなり、それによってコンプレッサ効率が向上する。

つづいて、実施例２の回転式ベーン機構１５０の作動制御について説明する。図１３（ａ）は実施例２のコンプレッサ１１１が低負荷領域にあるときのベーンの配置を模式的に示す説明図であり、図１３（ｂ）は実施例２のコンプレッサ１１１が高負荷領域にあるときのベーンの配置を模式的に示す説明図である。回転式ベーン機構１５０の作動制御は、実施例１と同様に例えば外部に設けられたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）によってアクチュエータを制御することで実行する。コンプレッサ１１１の運転領域が比較的低負荷にある、すなわちコンプレッサ１１１内を流れる空気量が所定値未満の場合、第２ベーン１５３を第１ベーン５２と対向させる位置まで回転移動させるようアクチュエータに指令する（図１３（ａ）参照）。これによって、第１ベーン５２と第２ベーン１５３とをディフューザ流路内で対向させて、コンプレッサ１１１の低負荷領域における圧縮効率を高めることができる。ここで、空気量の所定値、および空気量の検出手法については前述したために、その詳細な説明は省略する。

一方、コンプレッサ１１１の運転領域が比較的高負荷にある、すなわちコンプレッサ１１１内を流れる空気量が所定値以上の場合は、第２ベーン１５３を隣り合う第１ベーン５２との略中間の位置まで回転移動させるようアクチュエータに指令する（図１３（ｂ）参照）。これによって、第１ベーン５２と第２ベーン１５３との相対的な位置を変更して、第１ベーン５２および第２ベーン１５３と空気との衝突損失を低減させる。すなわち、コンプレッサ１１１の高負荷領域における安定した作動を達成することができる。更に、第１ベーン５２と第２ベーン１５３のベーン端が、流体の速度が比較的高いディフューザ流路中央近傍に存在するために、ベーン端部へのデポジットの堆積を抑制することができる。
なお、回転式ベーン機構１５０は、本発明の回動手段（可変手段）の一構成例である。

以上のように、本実施例のコンプレッサは、第２ベーンを有するディフューザプレートをインペラの回転軸と同軸に回転可能な回転式ベーン機構を備えることで、第１ベーンと第２ベーンとの相対的な位置を変更することができる。すなわち、第１ベーンと第２ベーンとのクリアランスの大きさを変更することができ、第１ベーンと第２ベーンのベーン端が流体の速度が比較的高いディフューザ流路中央近傍に位置するため、各ベーン端部のデポジットをせん断力によって掻き落とすことができる。よって、クリアランス部分へのデポジットの堆積をより適切に抑制することができる。

なお、本実施例のコンプレッサ１１１ではハブ側に回転式ベーン機構１５０を備える構成としたが、シュラウド側に回転式ベーン機構１５０を備える構成であってもよい。これによるとコンプレッサ１１１のレイアウト性を向上させることができる。

つづいて、本発明の実施例３について説明する。実施例３のコンプレッサ２１１は、複数の第１ベーン２５２を有するディフューザプレート２５４がコンプレッサ２１１の軸方向に沿って移動可能な構成であるスライド式ベーン機構２５０をシュラウド側に有する点で実施例１と相違する。

図１４は、実施例３のディフューザ部２１６の要部断面図である。図１４では、第１ベーン２５２の幅方向に沿った断面を示している。ディフューザ部２１６は、スリット２１７ａが設けられたシュラウド側壁部プレート２１７と、第２ベーン２５３が設けられたハブ側壁部２５１とを備えている。また、ディフューザ部２１６は、スリット２１７ａを通じて第１ベーン２５２をディフューザ流路に出没可能なスライド式ベーン機構２５０を備えている。なお、実施例１と同様の構成については、図面中同じ番号を付している。

スライド式ベーン機構２５０は、インペラ１３の前面側からコンプレッサハウジング１２に組み付けられている。スライド式ベーン機構２５０は、ディフューザプレート２５４と一体の第１ベーン２５２と、延出部２５４ａを有するディフューザプレート２５４と、両端部がそれぞれ延出部２５４ａおよびピストン２５６と連結したピストンロッド２５５と、油圧シリンダ２５７と、収容部２５８とを備えている。

図１４に示すように、コンプレッサ２１１は可動式の第１ベーン２５２と固定式の第２ベーン２５３を備えている。第２ベーン２５３はハブ側壁部２５１に設けられた案内羽根であって、ディフューザ流路に対して環状の列をなすようにして複数設けられている。また、第２ベーン２５３は、その羽根部分の端面がディフューザ流路の幅径の略中央まで突出している。第２ベーン２５３の他の構成については実施例１および２と同様であるため、その記載を省略する。
なお、第２ベーン２５３は、本発明の第２案内羽根の一構成例である。

第１ベーン２５２はシュラウド側のディフューザプレート２５４に設けられた案内羽根であって、それぞれ第２ベーン２５３と対向する位置に（第２ベーン２５３毎に）設けられている。第１ベーン２５２は、シュラウド側壁部プレート２１７のスリット２１７ａを通じてディフューザ流路に出没可能な構成である。第１ベーン２５２の他の構成については実施例１および２と同様であるため、その記載を省略する。
なお、第１ベーン２５２は、本発明の第１案内羽根の一構成例である。

シュラウド側壁部プレート２１７は、コンプレッサハウジング１２のハブ側壁部２５１とともにディフューザ流路を形成する流路壁部である。シュラウド側壁部プレート２１７はスリット２１７ａを有している。スリット２１７ａは、第１ベーン２５２と相似形状に貫通した孔である。スリット２１７ａは、第２ベーン２５３と対向する位置に第１ベーン２５２毎に複数設けられており、第１ベーン２５２がディフューザ流路へ出没することを可能にする。
なお、スリット２１７ａは、本発明の第１貫通孔の一構成例である。

シュラウド側壁部プレート２１７の背後には、ディフューザプレート２５４が設けられている。ディフューザプレート２５４は環状の部材であり、ディフューザプレート２５４には第１ベーン２５２が設けられている。第１ベーン２５２は、ディフューザプレート２５４の表面側に環状の列をなすようにして複数設けられている。本実施例では、これら複数の第１ベーン２５２がディフューザプレート２５４に一体形成されている構成であるが、羽根部分の角度を変更可能な構成であってもよい。ディフューザプレート２５４はコンプレッサ２１１の軸方向に沿って移動可能に設けられている。ディフューザプレート２５４はコンプレッサ２１１の軸方向に沿って移動することで、第１ベーン２５２をディフューザ流路に出没させる。

ディフューザプレート２５４は、ディフューザ流路と反対側の背後に延出部２５４ａ備えている。延出部２５４ａは、その端部でピストンロッド２５５と連結している。ピストンロッド２５５の他端部は、油圧シリンダ２５７に摺動自在に収納されたピストン２５６が連結している。油圧シリンダ２５７は主にシリンダボディ２５７ａ、油圧導入口２５７ｂ、スプリング２５７ｃから構成される。

上記の油圧機構は油圧の供給に応じて次のように作動する。すなわち、油圧導入口２５７ｂからスプリング２５７ｃの付勢力を超える油圧が供給された場合、ピストン２５６は油圧によってシリンダボディ２５７ａ内部をディフューザ流路側に移動する。ピストン２５６がディフューザ流路側に移動すると、ピストンロッド２５５および延出部２５４ａを通じて連結したディフューザプレート２５４もディフューザ流路側に移動する。そのため、ディフューザプレート２５４に設けられた第１ベーン２５２がスリット２１７ａから突出する。一方、油圧導入口２５７ｂから供給される油圧がスプリング２５７ｃの付勢力未満の場合は、ピストン２５６はスプリング２５７ｃの付勢力によってシリンダボディ２５７ａ内部をディフューザ流路と反対側に移動する。ピストン２５６がディフューザ流路と反対側に移動すると、ピストンロッド２５５、延出部２５４ａおよびディフューザプレート２５４と連結した第１ベーン２５２がスリット２１７ａに埋没する（引き込まれる）。油圧機構はこのようにして第１ベーン２５２をディフューザ流路に出没させる。

収容部２５８はコンプレッサハウジング１２およびシュラウド側壁部プレート２１７によって形成される中空の部屋である。収容部２５８は、第１ベーン２５２全体を収容可能な程度の充分な空間を有しており、油圧シリンダ２５７の作動に応じてスリット２１７ａに埋没される（引き込まれる）第１ベーン２５２を収容する。

上記のスライド式ベーン機構２５０によって、第１ベーン２５２はその端面がディフューザ流路の幅径の略中央であって、対向する第２ベーン２５３の端面と接触しない位置まで突出される。すなわち、第１ベーン２５２は対向する第２ベーン２５３の端面と所定のクリアランスを有する位置まで突出される。これによって、第１ベーン２５２と第２ベーン２５３とをディフューザ流路に突出させて、コンプレッサ２１１の圧縮効率を高めることができる。更に、第１ベーン２５２と第２ベーン２５３とのクリアランスが設けられる位置をディフューザ流路の中央近傍（ディフューザ流路の幅径の半分近傍）にすることができる。
また、上記のスライド式ベーン機構２５０によって、第１ベーン２５２はスリット２１７ａに埋没される（引き込まれる）。これによって、第１ベーン２５２と第２ベーン２５３とのクリアランスを大きくして、第１ベーン２５２および第２ベーン２５３と空気との衝突損失を低減することができる。また、第１ベーン２５２が引き込まれた側のディフューザ流路の壁面はベーンレスとなり、明確なスロートが形成されない状態となる。

この場合、実施例１と同様に、第１ベーン２５２の端面と第２ベーン２５３の端面とが咬合（嵌合）する形状として、スライド式ベーン機構２５０によって第１ベーン２５２の端面が対向する第２ベーン２５３の端面と当接する位置まで突出される構成であってもよい。また、上記のスライド式ベーン機構２５０の作動制御については実施例１と同様であるため、その記載を省略する。
なお、スライド式ベーン機構２５０は、本発明の出没手段（可変手段）の一構成例である。

以上のように、本実施例のコンプレッサは、シュラウド側壁部プレートのスリットを通じて第１ベーンをディフューザ流路に出没可能な構成とすることにより、第１ベーンが埋没しようとするとき、第２ベーンとのクリアランスが流体の速度が比較的高いディフューザ流路中央近傍にできる。よって、より効果的にクリアランス部分へのデポジットの堆積を抑制することができる。更に、コンプレッサ負荷に応じて第１ベーンをディフューザ流路に出没させることにより、コンプレッサの全負荷領域において高い圧縮効率を得ることができる。

上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、回転式ベーン機構による回動の回転軸はインペラ１３の回転軸と同軸に限られず、インペラ１３の回転軸から偏心して回動させてもよい。

また、ディフューザ流路において第１ベーンと第２ベーンとが対向する位置はディフューザ流路の中央近傍に限られず、ディフューザ流路のシュラウド側またはハブ側にシフトしてもよい。

１１，１１１，２１１ コンプレッサ
１６，１１６，２１６ ディフューザ部
５０，１５０，２５０ ベーン機構
５１ａ，２１７ａ スリット
５２，２５２ 第１ベーン
５３，１５３，２５３ 第２ベーン
５４，１５４，２５４ ディフューザプレート

Claims (2)

1. コンプレッサのハウジング内で回転するインペラから吐出される流体の運動エネルギを圧力に変換するディフューザ流路を有する遠心圧縮機であって、
   前記ディフューザ流路を形成するシュラウド側壁部と、
   前記シュラウド側壁部と対向し、前記シュラウド側壁部と共に前記ディフューザ流路を形成するハブ側壁部と、
   前記シュラウド側壁部に設けられ、前記ハブ側壁部側に向かって前記ディフューザ流路に突出する第１案内羽根と、
   前記第１案内羽根に対向する位置の前記ハブ側壁部に設けられ、前記第１案内羽根側に向かって前記ディフューザ流路に突出する第２案内羽根と、
   前記第１案内羽根と前記第２案内羽根との相対的な位置を変更可能な可変手段と、を備え、
   前記第１案内羽根の端面と前記第２案内羽根の端面とが、互いに前記ディフューザ流路で対向し、
   前記可変手段は、前記第１案内羽根および前記第２案内羽根の少なくとも一方を前記インペラの周方向に回動させる回動手段であって、前記コンプレッサ内を流れる流体の圧力に応じて前記第１案内羽根と前記第２案内羽根との相対的な位置を変更することを特徴とする遠心圧縮機。
2. 前記第１案内羽根および前記第２案内羽根は、それぞれ前記ディフューザ流路への突出量が異なる部分を有し、
   前記第１案内羽根の最大突出量と前記第２案内羽根の最大突出量との和は前記ディフューザ流路の幅径以上であり、かつ前記第１案内羽根の端面と前記第２案内羽根の端面とが互いに咬合する形状であることを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。

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