JP7001438B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本開示は圧縮機に関する。

従来、例えば自動車や船舶用等に用いられるターボチャージャー等の圧縮機にあっては、高効率化と作動領域の拡大とが課題とされている。その対策の一つとして、小流量時に生じるサージの発生限界を低下させるためのバイパス流路を主流路のほかに設ける構成が知られている。例えば、特許文献１には、動翼群の上流側端部よりも上流において主流路の外側に形成された迂回流路を、外部に設けた動作レバーで開閉する構成が開示されている。

特開２００５－２４０６９６号公報

しかし、上記特許文献１に開示された圧縮機は、迂回流路の開閉を外部から行う必要があるため、エンジン等への搭載性やコスト面においてさらに改善の余地があった。

上述した問題に鑑み、本発明の少なくとも一実施形態は、外部入力を必要とせずに作動領域の拡大と高効率化とを両立可能な圧縮機を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る圧縮機は、
主流路と、前記主流路に連通するように設けられるバイパス路又は再循環路を含む副流路とを内部に含むケーシングと、
前記主流路内に設けられた複数の動翼と、
開位置、または、該開位置よりも前記副流路の流路断面積が小さい閉位置の一方から他方に移動可能に構成された流路断面積調整部材と、
流体力を受けるように前記主流路内に露出して設けられて、前記主流路の流れが第１流量のときに前記流路断面積調整部材が前記開位置に位置し、前記流れが前記第１流量よりも大きい第２流量のときに前記流路断面積調整部材が前記閉位置に位置するように、前記流体力に起因した駆動力を前記流路断面積調整部材に与えるよう構成された翼素と、
を備える。

上記（１）の構成によれば、主流路内が第１流量の際は流路断面積調整部材が開位置に配置されて副流路から主流路内への流れを形成することができる。よって、圧縮機で発生し得るサージを効果的に抑制することができ、作動レンジの下限をより低く設定することができる。一方、第１流量よりも大きい第２流量では、流路断面積調整部材が閉位置に配置されて主流路と副流路との間で流体の流出入が規制される。よって、圧力損失等のロスが少なく高効率な圧縮機を実現することができる。このように、主流路内の流体力により、流路断面積調整部材を副流路に対して閉位置と開位置とに移動できるから、外部からの入力を必要とせずに圧縮機の作動領域の拡大と高効率化とを両立することができる。

（２）いくつかの実施形態では、上記（１）に記載の構成において、
前記副流路は、前記動翼の前縁よりも前記主流路における上流側に位置する出口と、前記出口よりも前記主流路における上流側に位置する入口と、を含む前記バイパス路である。

上記（２）の構成によれば、主流路において動翼の前縁よりも上流に配置された出口とさらに上流に配置された入口とを含むバイパス路により構成された副流路を含む圧縮機において、上記（１）で述べた効果を享受することができる。すなわち、比較的小流量である第１流量の際には外部からの入力によらず主流路内の流体力でバイパス路を開放し、バイパス路からの流れによってサージの発生を抑制することができる。一方、主流路内が比較的大流量である第２流量の際には外部からの入力によらず主流路内の流体力でバイパス路を閉塞することができ、圧縮効率の低下を抑制することができる。

（３）いくつかの実施形態では、上記（２）に記載の構成において、
前記バイパス路内に配置された予旋回ノズルをさらに備える。

上記（３）の構成によれば、内部に予旋回ノズルが配置されたバイパス路から主流路内に、動翼の回転方向に沿う旋回流を積極的に付与することができる。つまり、比較的小流量である第１流量の際には流路断面積調整部材が開位置に配置され、上記予旋回ノズルからの旋回流を主流路内に強制的に供給することができるから、圧縮機において小流量の際に発生し得るサージをより効果的に抑制することができる。

（４）いくつかの実施形態では、上記（１）に記載の構成において、
前記副流路は、前記動翼に対向する前記ケーシングの内壁に配置された入口と、前記動翼の前縁よりも前記主流路における上流側に配置された出口と、を含む前記再循環路である。

上記（４）の構成によれば、主流路において動翼の前縁よりも下流側に配置された入口と上記前縁よりも上流側に配置された出口とを含む再循環路（又は再循環流路）により構成された副流路を含む圧縮機において、上記（１）で述べた効果を享受することができる。すなわち、比較的小流量である第１流量の際には外部からの入力によらず主流路内の流体力で再循環路を開放することができる。そして、再循環路からの旋回流でサージの発生を抑制することにより、作動領域の下限を低下させることができる。一方、主流路内が比較的大流量である第２流量の際には外部からの入力によらず主流路内の流体力で再循環路を閉塞し、圧縮効率の低下を抑制することができる。

（５）いくつかの実施形態では、上記（１）～（４）の何れか一つに記載の構成において、
前記流路断面積調整部材は、前記副流路の前記出口を開閉するように配置され、
前記翼素は、前記出口よりも前記主流路における下流側、かつ、前記動翼の前縁の上流側において、前記流路断面積調整部材に取り付けられている。

上記（５）の構成によれば、流路断面積調整部材によって副流路の出口が開閉されるように構成されたことにより、副流路から主流路への流れの有無を効果的に切り替えることができる。また、流路断面積調整部材の翼素が副流路の出口よりも下流に配置されたことにより、出口からの流れの影響を含めた流体力を効果的に翼素に作用させることができる。

（６）いくつかの実施形態では、上記（５）に記載の構成において、
前記流路断面積調整部材は、前記開位置に配置された際に、前記主流路の流れ方向における前記翼素の上流側端部と前記出口の下流側端部との距離が、前記流れ方向に沿う前記翼素の長さの２０％以上になるように構成される。

副流路の出口からは概して動翼の回転方向に沿った旋回成分を有する旋回流が供給され、この旋回流は主流路内に斜めに流入して動翼に作用する。上記（６）の構成によれば、翼素は副流路の出口から該翼素の翼長の２０％以上の間隔を隔てて配置されるから、上記出口からの流れを翼素で妨げることなく動翼に作用させることができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（５）又は（６）の何れか一つに記載の構成において、
前記流路断面積調整部材は、前記閉位置に配置された際に前記出口の一部のみを閉塞するように構成される。

上記（７）の構成によれば、流路断面積調整部材が閉位置に配置された状態においても、副流路からの流れの一部を主流路に流入させることができる。よって、比較的大流量である第２流量の際に、動翼に供給される流れに該動翼の回転方向に沿う旋回成分を付与することができるから、さらなる圧縮効率の向上を図ることができる。

（８）いくつかの実施形態では、上記（１）～（７）の何れか一つに記載の構成において、
前記流路断面積調整部材は、前記主流路を規定する前記ケーシングの内壁に沿って少なくとも一部が前記主流路の流れ方向に平行な軸を中心とする環状に形成される。

上記（８）の構成によれば、流路断面積調整部材をケーシングの内壁に沿わせることができるとともに、ケーシングの内壁の周方向にわたって流路断面積調整部材を一体に構成することができる。これにより、閉位置と開位置とを含む移動範囲内において、ケーシングの内壁に沿って流路断面積調整部材を円滑に案内することができる。また、ケーシングの内壁の周方向にわたって複数の副流路が形成された場合、環状に形成された流路断面積調整部材によって複数の副流路を一度に開閉することができる。

（９）いくつかの実施形態では、上記（１）～（８）の何れか一つに記載の構成において、
前記ケーシングは、前記主流路における流れ方向に沿って前記閉位置と前記開位置との間で前記流路断面積調整部材が移動するよう、前記流路断面積調整部材を案内するように構成されたガイド部を含む。

上記（９）の構成によれば、ガイド部に沿って流路断面積調整部材が閉位置と開位置とに案内される。主流路内が比較的大流量である第２流量の際には、主流路内の流れが順流の状態であるから、該順流に沿って流路断面積調整部材を閉位置に円滑に移動させることができる。また、主流路の流れ方向におけるガイド部の上流側端部及び下流側端部の位置や、流路断面積調整部材の翼素の位置を適切に設定することにより、流路断面積調整部材が作動する流量、すなわち圧縮機の作動レンジを任意に設定することができる。

（１０）いくつかの実施形態では、上記（１）～（９）の何れか一つに記載の構成において、
前記翼素は、前記主流路の上流側に面する凸状湾曲面と、前記主流路の下流側かつ前記動翼の回転方向の上流側に面する凹状湾曲面と、を含み、
前記主流路の流れ方向に対して前記翼素の長さが動翼の長さの８０％以下に構成される。

主流路内が小流量である第１流量の際には、副流路からの流れと動翼の回転とに起因して、動翼の回転軸と交差する周方向への旋回成分を有する旋回流が翼素に作用し得る。この点、上記（１０）の構成によれば、翼素の凹状湾曲面が主流路の下流側かつ動翼の回転方向の上流側に面するように構成されるから、凹状湾曲面で受けた旋回流を主流路の上流側に導くことで、流路断面積調整部材を開位置に移動させるための駆動力を得ることができる。一方、主流路の流れが第１流量より大きな第２流量の際には、翼素の凸状湾曲面に主流の動圧が作用して流路断面積調整部材が閉位置に移動される。その際、翼素の凸状湾曲面が主流路の上流側に面することにより、主流路の上流からの流れを下流側に円滑に案内することができる。よって、圧力損失に起因した効率低下を抑制することができる。

（１１）いくつかの実施形態では、上記（１）～（１０）の何れか一つに記載の構成において、
前記流路断面積調整部材は、
前記副流路の少なくとも一部を閉塞可能な板部材と、
前記板部材及び前記翼素を、前記翼素の移動に応じて当該移動の方向と異なる向きに前記板部材を移動可能に連結する連結部と、を含む。

上記（１１）の構成によれば、副流路を閉塞する板部材を、軸流方向において翼素と逆向きに移動させることができる。これにより、圧縮機の設計の自由度の向上を図ることができる。

（１２）いくつかの実施形態では、上記（１）～（１１）の何れか一つに記載の構成において、
前記流路断面積調整部材は、
前記閉位置において前記副流路の出口に配置される流量規制部と、
前記流量規制部に対して前記開位置に向かう移動方向の上流側に配置された開口部と、を含む。

上記（１２）の構成によれば、例えば、流路断面積調整部材において開位置または閉位置に向かう移動方向の上流側又は下流側の端部を用いて副流路を開閉する構成に比べて、副流路の出口の幅が開口部よりも大きい場合は該開口部の大きさに規制することができる。したがって、回転機械の設計の自由度の向上が図られる。

（１３）いくつかの実施形態では、上記（１２）に記載の構成において、
前記流路断面積調整部材は、前記翼素よりも少数の前記開口部を含む。

上記（１３）の構成によれば、開口部の数を翼素の数より少なく構成することで、各々の開口部を軸流方向周りの周方向においてより大きく確保することができる。これにより、例えば、副流路から動翼に付与する旋回流の効果をより大きく確保することができる。

（１４）いくつかの実施形態では、上記（１）～（１３）の何れか一つに記載の構成において、
前記軸流方向に沿って少なくとも前記動翼の前縁及びその上流を含む領域であって前記主流路を規定する前記ケーシングの内周近傍に、逆流が生じ得る逆流域が分布し、
前記流路断面積調整部材は、少なくとも前記翼素が前記逆流域に配置されるように構成される。

上記（１４）の構成によれば、比較的小流量の第１流量の際には、逆流による流体力を翼素に確実に作用させることができる。よって、流量の変化に対して応答性の高い流路断面積調整部材を得ることができるため、圧縮機の作動領域の拡大と高効率化とをより確実に達成することができる。

（１５）いくつかの実施形態では、上記（１）～（１４）の何れか一つに記載の構成において、
上記圧縮機はターボチャージャーを含む。

上記（１５）の構成によれば、自動車用又は船舶用等のターボチャージャーにおいて、上記（１）～（１４）の何れか一つで述べた効果を享受することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、外部入力を必要とせずに圧縮機の作動領域の拡大と高効率化とを両立することができる。

一実施形態に係る圧縮機の構成を示す側断面図である。 一実施形態に係る圧縮機の流路断面積調整部材を示す側断面図であり、（ａ）は開位置に配置された状態、（ｂ）は閉位置に配置された状態を示す。 他の実施形態に係る圧縮機の構成例を示す側断面図である。 一実施形態における流路断面積調整部材の閉塞状態を示す概略図である。 一実施形態における流路断面積調整部材の軸方向断面図である。 一実施形態における翼素に作用する流体力を示す概略図である。 他の実施形態における流路断面積調整部材の構成例を示す概略図であり、（ａ）は開位置、（ｂ）は閉位置を示す。 他の実施形態における流路断面積調整部材の構成例を示す概略図であり、（ａ）は開位置、（ｂ）は閉位置を示す。 一実施形態における動翼付近の流れ示す概略図であり、（ａ）は順流の第１状態、（ｂ）は逆流が生じる第２状態を示す。

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。

図１は、一実施形態に係る圧縮機の構成を示す概略図である。図２は、一実施形態に係る圧縮機の流路断面積調整部材を示す側断面図であり、（ａ）は開位置に配置された状態、（ｂ）は閉位置に配置された状態を示す。
図１及び図２に示すように、本発明の少なくとも一実施形態に係る圧縮機１は、例えば内燃機関に圧縮空気を送り込むための装置（遠心圧縮機）であり、主流路１４と、該主流路１４に連通するように設けられるバイパス路２０Ａ又は再循環路（又は再循環流路）２０Ｂを含む副流路２０とを内部に含むケーシング２と、主流路１４内に設けられた複数の動翼６と、開位置Ｐ１、または、該開位置Ｐ１よりも副流路２０の流路断面積が小さい閉位置Ｐ２の一方から他方に移動可能に構成された流路断面積調整部材３０と、流体力を受けるように主流路１４内に露出して設けられて、主流路１４の流れが第１流量のときに流路断面積調整部材３０が開位置Ｐ１に位置し、流れが第１流量よりも大きい第２流量のときに流路断面積調整部材３０が閉位置に位置するように、流体力に起因した駆動力を流路断面積調整部材３０に与えるよう構成された翼素３８と、を備えている。

ケーシング２は、略円筒状の内部空間を有しており、該円筒の中心軸１０の一端の開口から流入した空気を、他端に配置されたインペラ（羽根車）４の回転により径方向に圧縮し、該インペラ４の接線方向に配置された圧縮室１２に空気を送るための流路（主流路１４）を規定する。ケーシング２の内部には、例えば環状部材３を配置することで副流路２０を形成してもよい。この場合は上記開口から環状部材３の内側を通ってインペラ４に向かう主流５０の通過経路が主流路１４であり、環状部材３とケーシング２との間が副流路２０としてのバイパス路２０Ａ（その内部を通過する流れが副流５６）である。
インペラ４は、中心軸１０と同軸の図示しない回転軸を中心に回転可能に設けられる。インペラ４には周方向に沿って複数の動翼６（羽根）が設けられている。
動翼６は、軸方向の上流から流入した空気を下流側において接線方向（或いは径方向）に送出するように形成されている。
流路断面積調整部材３０は、主流路１４において動翼６の最上流側の端部である前縁８よりも上流側に配置されており、開位置Ｐ１と閉位置Ｐ２との間で往復移動可能に設けられている。なお、説明の便宜上、図１の上半分は流路断面積調整部材３０が開位置Ｐ１に配置された状態を示しており、図１の下半分は流路断面積調整部材３０が閉位置Ｐ２に配置された状態を示している。
翼素３８は、主流路１４内の流れ（例えば空気流）に基づく流体力を受けて駆動される。例えば、翼素３８は、主流路１４内を上流側から下流側に流れる順流や、下流側から上流側に向かう逆流、或いは、中心軸周りに流れる旋回流から駆動力を得ることにより、上流から下流、下流から上流、或いは、中心軸１０周りの周方向に向かう駆動力を流路断面積調整部材３０に付与することができる。

上記の構成によれば、主流路１４内が第１流量の際は流路断面積調整部材３０が開位置Ｐ１に配置されて副流路２０から主流路１４内への流れを形成することができる。よって、圧縮機１で発生し得るサージを効果的に抑制することができるから、作動レンジの下限をより低く設定することができる。なお、第１流量は、主流路１４内の流れが比較的低速であって、中心軸１０周りの旋回流や逆流が発生し得るような流量に設定され得る。一方、第１流量よりも大きい第２流量では、流路断面積調整部材３０が閉位置Ｐ２に配置されて主流路１４と副流路２０との間で流体の流出入が規制される。よって、圧力損失等のロスが少なく高効率な圧縮機１を実現することができる。このように、主流路１４内の流体力により、流路断面積調整部材３０を副流路２０に対して閉位置Ｐ２と開位置Ｐ１とに移動できるから、外部からの入力を必要とせずに圧縮機１の作動領域の拡大と高効率化とを両立することができるのである。

いくつかの実施形態では、上記構成において、副流路２０は、動翼６の前縁８よりも主流路１４における上流側に位置する出口２４と、該出口２４よりも主流路１４における上流側に位置する入口２２と、を含むバイパス路２０Ａであってもよい（例えば図１、図２及び図８参照）。このようにすれば、主流路１４において動翼６の前縁８よりも上流側に配置された出口２４とさらに上流側に配置された入口２２とを含むバイパス路２０Ａにより構成された副流路２０を含む圧縮機１において、上述した効果を享受することができる。すなわち、比較的小流量である第１流量の際には外部からの入力によらず主流路１４内の流体力でバイパス路２０Ａを開放することができる。一般に、バイパス路２０Ａの出口２４から主流路１４には、インペラ４（又は動翼６）の回転に沿った旋回成分を有する流れが供給される。このように、インペラ４に流入する流れに予めインペラ４の回転と同方向の旋回成分を付与することにより、動翼６への流入角を該動翼６のコード方向に沿わせることができるため、剥離が抑制されてサージが抑制される。よって、バイパス路２０Ａからの流れによってサージの発生を抑制することができる。一方、主流路１４内が比較的大流量である第２流量の際には外部からの入力によらず主流路１４内の流体力でバイパス路２０Ａを閉塞することができるので、圧縮効率の低下を抑制することができる。

いくつかの実施形態において、圧縮機１は、バイパス路２０Ａ内に配置された予旋回ノズル２６をさらに備えていてもよい（例えば図２参照）。
予旋回ノズル２６は、インペラ４に流入する流れに、該インペラ４の回転と同方向の旋回成分を予め強制的に付与することにより、インペラ４の回転効率の低下を抑制して圧縮効率の向上を図るものである。このように予旋回ノズル２６を備えた構成とすれば、内部に予旋回ノズル２６が配置されたバイパス路２０Ａから主流路１４内に、動翼６の回転方向に沿う旋回流５８を積極的に付与することができる。つまり、比較的小流量である第１流量の際には流路断面積調整部材３０が開位置Ｐ１に配置され、上記予旋回ノズル２６からの旋回流５８を主流路１４内に強制的に供給することができるから、圧縮機１において小流量の際に発生し得るサージをより効果的に抑制することができる。

図３は、他の実施形態に係る圧縮機の構成例を示す側断面図である。
図３に非限定的に例示するように、いくつかの実施形態において、副流路２０は、動翼６に対向するケーシング２の内壁に配置された入口２２と、動翼６の前縁８よりも主流路１４における上流側に配置された出口２４と、を含む再循環路２０Ｂであってもよい。
すなわち再循環路２０Ｂは、動翼６の前縁８よりも主流路１４における下流側に配置された入口２２と、動翼６の前縁８よりも主流路１４における上流側に配置された出口２４とを含む還流路であってもよい。
圧縮機１内に上記のような再循環路２０Ｂを設けた場合、回転するインペラ４の外周側に配置された入口２２から、該インペラ４の回転に伴う旋回成分を有する流れ（副流５６）が上流側に送られ、出口２４から主流５０に戻される。このため、主流路１４内では見かけ流量が増加されて流速が増加する。これにより、回転する動翼６への流入角を該動翼６のコード方向に沿わせることができるため、剥離が抑制されてサージが抑制されるのである。
上記の構成によれば、主流路１４において動翼６の前縁８よりも下流側に配置された入口２２と前縁８よりも上流側に配置された出口２４とを含む再循環路２０Ｂである副流路２０を含む圧縮機１において、上述した効果を享受することができる。すなわち、比較的小流量である第１流量の際には外部からの入力によらず主流路１４内の流体力で再循環路２０Ｂを開放することができる。そして、再循環路２０Ｂからの旋回流５８でサージの発生を抑制することにより、作動領域の下限を低下させることができる。一方、主流路１４内が比較的大流量である第２流量の際には外部からの入力によらず主流路１４内の流体力で再循環路２０Ｂを閉塞し、圧縮効率の低下を抑制することができる。

いくつかの実施形態では、上記の何れかに記載の構成において、流路断面積調整部材３０は、副流路２０の出口２４を開閉するように配置されてもよい（例えば図１～３及び図８参照）。また、翼素３８は、出口２４よりも主流路１４における下流側、かつ、動翼６の前縁８の上流側において、流路断面積調整部材３０に取り付けられていてもよい（例えば図１～３参照）。このように構成すれば、流路断面積調整部材３０によって副流路２０の出口２４が開閉されるように構成されたことにより、副流路２０から主流路１４への流れの有無を効果的に切り替えることができる。また、流路断面積調整部材３０の翼素３８が副流路２０の出口２４よりも下流に配置されたことにより、出口２４からの流れの影響を含めた流体力を効果的に翼素３８に作用させることができる。
なお、他の実施形態では、例えば、副流路２０の入口２２を流路断面積調整部材３０で開閉するように構成してもよい。このような構成によっても、流路断面積調整部材３０で出口２４を開閉する構成と同様の効果を得ることができる。さらに、他の実施形態では、流路断面積調整部材３０により副流路２０の入口２２と出口２４の両方を開閉するように構成してもよい。

いくつかの実施形態において、流路断面積調整部材３０は、例えば図２（ａ）及び図２（ｂ）に非限定的に例示するように、開位置Ｐ１に配置された際に、主流路１４の流れ方向における翼素３８の上流側端部３８Ａ（図２（ｂ）参照）と出口２４の下流側端部２４Ｂ（図２（ａ）参照）との距離Ｌ１が、流れ方向に沿う翼素３８の長さ（翼素長）Ｌ２の２０％以上になるように構成されてもよい。
副流路２０の出口２４からは概して動翼６の回転方向に沿った旋回成分を有する旋回流５８（図４参照）が供給され、この旋回流５８は主流路１４内に斜めに流入さて動翼６に作用する。したがって、副流路２０の出口２４から該翼素３８の翼長Ｌ２の２０％以上の間隔を隔てて下流側に翼素３８を配置することにより、上記出口２４からの流れを翼素３８で妨げることなく動翼６に作用させることができる。

図４は、一実施形態における流路断面積調整部材の閉塞状態を示す概略図である。
図４に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、上記の何れか一つに記載の構成において、流路断面積調整部材３０は、閉位置Ｐ２に配置された際に出口２４の一部のみを閉塞するように構成されてもよい。このように構成すれば、流路断面積調整部材３０が閉位置Ｐ２に配置された状態においても、副流路２０からの流れの一部を主流路１４に流入させることができる。よって、比較的大流量である第２流量の際に、動翼６に供給される流れに該動翼６の回転方向に沿う旋回成分を付与することができるから、さらなる圧縮効率の向上を図ることができる。

図５は、一実施形態における流路断面積調整部材の軸方向断面図である。
図５に非限定的に例示するように、いくつかの実施形態では、上記の何れかに記載の構成において、流路断面積調整部材３０は、主流路１４を規定するケーシング２の内壁に沿って少なくとも一部が主流路１４の流れ方向に平行な軸を中心とする環状に形成された環状部３４を含んでいてもよい。このように構成すれば、流路断面積調整部材３０をケーシング２の内壁に沿わせることができるとともに、ケーシング２の内壁の周方向にわたって流路断面積調整部材３０を一体に構成することができる。これにより、閉位置Ｐ２と開位置Ｐ１とを含む移動範囲内において、ケーシング２の内壁に沿って流路断面積調整部材３０を円滑に案内することができる。また、ケーシング２の内壁の周方向にわたって複数の副流路２０が形成された場合、環状に形成された流路断面積調整部材３０によって複数の副流路２０を一度に開閉することができる。
なお、流路断面積調整部材３０は、軸方向視にて完全な環状でなく弧状に形成されていてもよい。

いくつかの実施形態において、ケーシング２は、主流路１４における流れ方向に沿って閉位置Ｐ２と開位置Ｐ１との間で流路断面積調整部材３０が移動するよう、流路断面積調整部材３０を案内するように構成されたガイド部４０を含んでいてもよい（例えば図２及び図５参照）。このようなガイド部４０は、例えば、ケーシング２の内壁と、これに対向する流路断面積調整部材３０の対向面との何れか一方に形成された溝状の凹部と、何れか他方に形成され、上記凹部に摺動（スライド移動）可能に係合する凸状の係合部とで構成されてもよい。このようにガイド部４０を含む構成とすれば、ガイド部４０に沿って流路断面積調整部材３０が閉位置Ｐ２と開位置Ｐ１とに案内される。例えば、主流路１４内が比較的大流量である第２流量の際には、主流路１４内の流れが順流の状態であるから、該順流に沿って流路断面積調整部材３０を閉位置Ｐ２に円滑に移動させることができる。また、主流路１４の流れ方向におけるガイド部４０の上流側端部４０Ａ（図２（ｂ）参照）及び下流側端部４０Ｂ（図２（ａ）参照）の位置や、流路断面積調整部材３０の翼素３８の位置を適切に設定することにより、流路断面積調整部材３０が作動する流量、すなわち圧縮機１の作動レンジを任意に設定することができる。
なお、ガイド部４０による流路断面積調整部材３０の移動方向は、主流路１４内の流れ方向に限定されず、主流路１４内の流れを受けた翼素３８によって生成される駆動力に応じた方向であってもよい。例えば、図４に非限定的に例示するように、主流路１４内で上流側から下流側に流れる主流５０や副流路２０からの旋回流５８を受けて、主流５０と交差する方向に対して翼素３８が駆動力を生成する構成であってもよい。すなわち、例えば、主流５０の流れ方向又は中心軸１０に直交する方向や（中心軸１０の周方向）であってもよいし、主流５０の流れ方向や中心軸１０に対して斜め方向に駆動力を生成する構成であってもよい。

図６は、一実施形態における翼素に作用する流体力を示す概略図である。
図６に非限定的に例示するように、いくつかの実施形態において、翼素３８は、主流路１４の上流側に面する凸状湾曲面３８Ｂと、主流路１４の下流側かつ動翼６の回転方向の上流側に面する凹状湾曲面３８Ｃと、を含み、主流路１４の流れ方向（中心軸１０に沿って上流側から下流側に向かう方向）に対して翼素３８の長さが動翼６の長さの８０％以下に構成されてもよい。
主流路１４内が小流量である第１流量の際には、副流路２０からの流れと動翼６の回転とに起因して、中心軸１０と交差する周方向への旋回成分を有する旋回流５８（図４参照）が翼素３８に作用し得る。この点、上記のように構成すれば、翼素３８の凹状湾曲面３８Ｃが主流路１４の下流側かつ動翼６の回転方向の上流側に面するように構成されるから、凹状湾曲面３８Ｃで受けた旋回流５８を主流路１４の上流側に導くことで、流路断面積調整部材３０を開位置Ｐ１に移動させるための駆動力を得ることができる。一方、主流路１４の流れが第１流量より大きな第２流量の際には、翼素３８の凸状湾曲面３８Ｂに主流（順流）５０の動圧が作用して流路断面積調整部材３０が閉位置Ｐ２に移動される。その際、翼素３８の凸状湾曲面３８Ｂが主流路１４の上流側に面することにより、主流路１４における上流からの流れを下流側に円滑に案内することができる。よって、圧力損失に起因した効率低下を抑制することができる。

図７はいくつかの実施形態における流路断面積調整部材の構成例を示す概略図であり、（ａ）は開位置、（ｂ）は閉位置を示す。図８は他の実施形態における流路断面積調整部材の構成例を示す概略図であり、（ａ）は開位置、（ｂ）は閉位置を示す。
図７及び図８に非限定的に例示するように、いくつかの実施形態において、流路断面積調整部材３０は、副流路２０の少なくとも一部を閉塞可能な板部材３２と、該板部材３２及び翼素３８を、翼素３８の移動に応じて当該移動の方向と異なる向きに板部材３２を移動可能に連結する連結部４４と、を含んでいてもよい。
「翼素３８の移動方向と異なる向き」は、例えば、翼素３８の移動方向に対して斜め方向であってもよいし、翼素３８の移動方向と真逆の向きであってもよい。
例えば図７に非限定的に例示するように、連結部４４としてのワイヤ４５と該ワイヤ４５の支持部４６とを介して板部材３２と翼素３８とを連結してもよい。この場合、例えば主流路１４内が第１流量の際に逆流５２の流体力を受けて翼素３８が主流路１４の下流側から上流側に移動すると、ワイヤ４５及び支持部４６を介して板部材３２が逆向きに、すなわち下流側に引かれて駆動され、流路断面積調整部材３０が開位置Ｐ１に配置される（図７（ａ）参照）。一方、第２流量の際には翼素３８が下流側に駆動され、板部材３２は上流側に駆動されて閉位置Ｐ２に配置される（図７（ｂ）参照）。幾つかの実施形態では、このような板部材３２を閉位置Ｐ２側に付勢するための弾性部材（例えばバネ等）を設けてもよい。
また、図８に非限定的に示すように、連結部４４として、板部材３２と翼素３８とを逆向きに案内するリンク機構４７を採用してもよい。この場合は、板部材３２及び翼素３８にそれぞれ一端が連結されたリンクの他端同士を回動自在に連結し、各節が所定の軌道に沿って移動するように構成することで翼素３８と板部材３２とを異なる方向に移動させることができる。また、各リンクの長さを適切に設定することで、翼素３８の移動に伴う該翼素３８の移動距離と板部材３２の移動距離とが異なるように構成することができる。
このように連結部４４を含む構成によれば、副流路２０を閉塞する板部材３２を、翼素３８の移動方向と異なる向きに移動させることができる。これにより、圧縮機１の設計の自由度の向上を図ることができる。

いくつかの実施形態では、上記の何れかに記載の構成において、流路断面積調整部材３０は、閉位置Ｐ２において副流路２０の出口２４に配置される流量規制部３２Ａと、該流量規制部３２Ａに対して開位置Ｐ１に向かう移動方向の上流側に配置された開口部３６と、を含んでもよい（例えば図２及び図３参照）。
このように流路断面積調整部材３０が開口部３６を含む構成によれば、例えば、流路断面積調整部材３０において開位置Ｐ１または閉位置Ｐ２に向かう移動方向の上流側又は下流側の端部を用いて副流路２０を開閉する構成（例えば図１、図４及び図７参照）に比べて、例えば、副流路２０の出口２４の幅が開口部３６よりも大きい場合は該開口部の大きさに規制することができる。したがって、圧縮機１の設計の自由度の向上が図られる。
なお、開口部３６の開口面積は副流路２０の出口２４の断面積より大きくてもよい。また、このような開口部３６や、上記翼素３８、インペラ４の動翼６は、中心軸１０の周方向に亘って各々が等間隔に配置されていてもよい。

いくつかの実施形態において、流路断面積調整部材３０は、翼素３８よりも少数の開口部３６を含んでいてもよい。このように開口部３６の数を翼素３８の数より少なく構成することで、各々の開口部３６を動翼６の回転軸周りの周方向においてより大きく確保することができる。これにより、例えば、副流路２０から動翼６に付与する旋回流５８の効果をより大きく確保することができる。

図９は一実施形態における動翼付近の流れ示す概略図であり、（ａ）は順流の第１状態、（ｂ）は逆流が生じる第２状態を示す。
いくつかの実施形態では、動翼６の回転による軸流方向に沿って少なくとも動翼６の前縁８及びその上流を含む領域であって主流路１４を規定するケーシング２の内周近傍に、逆流５２が生じ得る逆流域５４が分布し（図９（ｂ）参照）、流路断面積調整部材３０は、少なくとも翼素３８が逆流域５４に配置されるように構成されてもよい。このように構成すれば、比較的小流量の第１流量の際には、逆流による流体力を翼素３８に確実に作用させることができる。よって、流量の変化に対して応答性の高い流路断面積調整部材３０を得ることができるため、圧縮機１の作動領域の拡大と高効率化とをより確実に達成することができる。

いくつかの実施形態において、圧縮機１はターボチャージャーを含んでもよい。すなわち、圧縮機１は、内燃機関の吸気側に配置され、該内燃機関の排気エネルギーを用いて回転する排気タービンと共通の回転軸によってインペラ４を回転するターボチャージャーのコンプレッサであってもよい。このようにすれば、自動車用又は船舶用等のターボチャージャーにおいて、上記何れかで述べた効果を享受することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、外部入力を必要とせずに圧縮機１の作動領域の拡大と高効率化とを両立することができる。また、外部からの入力を必要としないことにより、例えば、エンジン等への搭載性の向上を図ることができるとともに、構成の簡素化及び低コスト化を図ることができる。

本発明は上述した幾つかの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。

１ 圧縮機（ターボチャージャー）
２ ケーシング
３ 環状部材
４ インペラ
６ 動翼
８ 前縁
１０ 回転軸
１２ 圧縮室
１４ 主流路
２０ 副流路
２０Ａ バイパス路
２０Ｂ 再循環路
２２ 入口
２４ 出口
２４Ｂ 下流側端部
２６ 予旋回ノズル
３０ 流路断面積調整部材
３２ 板部材
３２Ａ 流量規制部
３４ 環状部
３６ 開口部
３８ 翼素
３８Ａ 上流側端部
３８Ｂ 凸状湾曲面
３８Ｃ 凹状湾曲面
４０ ガイド部
４０Ａ 上流側端部
４０Ｂ 下流側端部
４２ 係合部（凸部）
４４ 連結部
４５ ワイヤ
４６ 支持部
４７ リンク機構
５０ 順流
５２ 逆流
５４ 逆流域
５６ 副流
５８ 旋回流
Ｐ１ 開位置
Ｐ２ 閉位置
Ｌ１ 出口の下流側端部と翼素の上流側端部との距離（開位置）
Ｌ２ 翼素長

Claims (15)

1. 主流路と、前記主流路に連通するように設けられるバイパス路又は再循環路を含む副流路とを内部に含むケーシングと、
   前記主流路内に設けられた複数の動翼と、
   開位置、または、該開位置よりも前記副流路の流路断面積が小さい閉位置の一方から他方に移動可能に構成された流路断面積調整部材と、
   流体力を受けるように前記主流路内に露出して設けられて、前記主流路の流れが第１流量のときに前記流路断面積調整部材が前記開位置に位置し、前記流れが前記第１流量よりも大きい第２流量のときに前記流路断面積調整部材が前記閉位置に位置するように、前記流体力に起因した駆動力を前記流路断面積調整部材に与えるよう構成された翼素と、
   を備え、
   前記流路断面積調整部材は、外部入力には依らずに、前記翼素に作用する前記流体力によって、前記開位置または前記閉位置の一方から他方に移動可能に構成されている
   ことを特徴とする圧縮機。
2. 前記副流路は、前記動翼の前縁よりも前記主流路における上流側に位置する出口と、前記出口よりも前記主流路における上流側に位置する入口と、を含む前記バイパス路である
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記バイパス路内に配置された予旋回ノズルをさらに備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記副流路は、前記動翼に対向する前記ケーシングの内壁に配置された入口と、前記動翼の前縁よりも前記主流路における上流側に配置された出口と、を含む前記再循環路である
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
5. 前記流路断面積調整部材は、前記副流路の出口を開閉するように配置され、
   前記翼素は、前記出口よりも前記主流路における下流側、かつ、前記動翼の前縁の上流側において、前記流路断面積調整部材に取り付けられている
   ことを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の圧縮機。
6. 前記流路断面積調整部材は、前記開位置に配置された際に、前記主流路の流れ方向における前記翼素の上流側端部と前記出口の下流側端部との距離が、前記流れ方向に沿う前記翼素の長さの２０％以上になるように構成されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の圧縮機。
7. 前記流路断面積調整部材は、前記閉位置に配置された際に前記出口の一部のみを閉塞するように構成される
   ことを特徴とする請求項５又は６の何れか一項に記載の圧縮機。
8. 前記流路断面積調整部材は、前記主流路を規定する前記ケーシングの内壁に沿って少なくとも一部が前記主流路の流れ方向に平行な軸を中心とする環状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１～７の何れか一項に記載の圧縮機。
9. 前記ケーシングは、前記主流路における流れ方向に沿って前記閉位置と前記開位置との間で前記流路断面積調整部材が移動するよう、前記流路断面積調整部材を案内するように構成されたガイド部を含む
   ことを特徴とする請求項１～８の何れか一項に記載の圧縮機。
10. 前記翼素は、前記主流路の上流側に面する凸状湾曲面と、前記主流路の下流側かつ前記動翼の回転方向の上流側に面する凹状湾曲面と、を含み、
    前記主流路の流れ方向に対して前記翼素の長さが動翼の長さの８０％以下に構成される
    ことを特徴とする請求項１～９の何れか一項に記載の圧縮機。
11. 前記流路断面積調整部材は、
    前記副流路の少なくとも一部を閉塞可能な板部材と、
    前記板部材及び前記翼素を、前記翼素の移動に応じて当該移動の方向と異なる向きに前記板部材を移動可能に連結する連結部と、を含む
    ことを特徴とする請求項１～１０の何れか一項に記載の圧縮機。
12. 前記流路断面積調整部材は、
    前記閉位置において前記副流路の出口に配置される流量規制部と、
    前記流量規制部に対して前記開位置に向かう移動方向の上流側に配置された開口部と、を含む
    ことを特徴とする請求項１～１１の何れか一項に記載の圧縮機。
13. 前記流路断面積調整部材は、前記翼素よりも少数の前記開口部を含む
    ことを特徴とする請求項１２に記載の圧縮機。
14. 前記主流路の軸流方向に沿って少なくとも前記動翼の前縁及びその上流を含む領域であって前記主流路を規定する前記ケーシングの内周近傍に、前記主流路の流れの逆流が生じ得る逆流域が分布し、
    前記流路断面積調整部材は、少なくとも前記翼素が前記逆流域に配置されるように構成される
    ことを特徴とする請求項１～１３の何れか一項に記載の圧縮機。
15. 前記圧縮機はターボチャージャーを含む
    ことを特徴とする請求項１～１４の何れか一項に記載の圧縮機。

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