JP7013316B2 - 遠心圧縮機 - Google Patents

Description

本開示は、遠心圧縮機に関する。

従来の遠心圧縮機の一例として、特許文献１には、軸方向に配列された複数段のインペラと、インペラの外周側に設けられる複数のダイアフラムと、を含む遠心圧縮機が開示されている。

この種の遠心圧縮機は、吐出口に連通するスクロール流路を有する。スクロール流路は、通常、吐出側のダイアフラムの外周面によってスクロール流路の内周壁が形成される一方、該ダイアフラムおよび該ダイアフラムに対して軸方向の隣に位置するダイアフラムとの間に設けられる環状スペーサの内周面によってスクロール流路の外周壁が形成される。

特開２０１６－１８０４００号公報

ところで、圧縮機における小型化の要請から、圧縮機のケーシングの径が小径化されると、ディフューザの径が小さくなるため、ディフューザの出口での流体の流速が大きくなり、流体の遠心力が大きくなる。また、圧縮機のケーシングの径が小径化されると、スクロール流路の径が小さくなるため、スクロール流路の巻き終わり部の近傍で、流体の遠心力が大きくなる。
そのため、圧縮機の小型化により、スクロール流路の巻き終わり部近傍から流体の圧縮機からの出口にかけて、流路の壁面からの流体の剥離が生じるおそれがある。このような剥離が生じると、圧縮機の性能が低下してしまう。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、圧縮機の小型化による圧縮機の性能低下を抑制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遠心圧縮機は、
回転軸の外周に固定されたインペラと、
前記インペラの外周側に設けられるディフューザと、
前記インペラおよび前記ディフューザを収容するケーシングと、
前記ディフューザの出口に接続され、スクロール内周壁および該スクロール内周壁の外周側に位置するスクロール外周壁によって渦巻き状に形成されたスクロール流路と、
前記スクロール流路からの流体を前記ケーシングの外部に導くための吐出流路を形成するように、前記ケーシングに接続された吐出配管と、
を備え、
前記スクロール内周壁は、前記ディフューザの出口よりも径方向内側に位置し、
前記吐出配管は、前記回転軸の軸方向から見たとき、前記吐出配管の内壁面のうち前記スクロール内周壁に連なる内周側領域が、前記ケーシングに対する前記吐出配管の接続位置において、前記回転軸の中心を通過する線分であって前記吐出配管の出口部の中心軸に平行な第１線分よりも、前記スクロール流路の巻き終わり部側に位置する。

上記（１）の構成によれば、吐出配管の内壁面のうちスクロール内周壁に連なる内周側領域が、ケーシングに対する前記吐出配管の接続位置において、回転軸の中心を通過する線分であって吐出配管の出口部の中心軸に平行な第１線分よりも、スクロール流路の巻き終わり部側に位置するので、スクロール流路の巻き終わり部から吐出配管の出口部に至る流体の流路の向きを径方向外側に向けることができる。これにより、巻き終わり部近傍おける流体の遠心力を抑制して該流路の壁面からの流体の剥離を抑制できるので、圧縮機の性能低下を抑制できる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記スクロール流路の径方向の幅の中心線を前記巻き終わり部における延在方向に延長した第２線分は、前記吐出配管の出口部の開口を通過する。

上記（２）の構成によれば、スクロール流路の巻き終わり部から吐出配管の出口部に至る流体の流路の曲がりが少なくなり、該流路における圧力損失を抑制できる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）または（２）の構成において、前記内周側領域は、前記吐出配管の入口部から前記出口部の間の前記入口部を含む少なくとも一部の領域で前記入口部側から前記出口部側に向かって直線状に形成された直線状部を有する。

上記（３）の構成によれば、吐出配管の内壁面のうちスクロール内周壁に連なる内周側領域が少なくとも一部の領域で直線状に形成されるので、吐出流路の曲がりが少なくなり、吐出流路における圧力損失を抑制できる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、前記回転軸の軸方向から見たときの、前記直線状部の前記入口部側から前記出口部側に向かう延在方向と前記第１線分の延在方向との交差角度は、３０度以内である。

回転軸の軸方向から見たときの、直線状部の上記延在方向と第１線分の延在方向との交差角度が例えば３０度を超えると、スクロール流路の巻き終わり部から吐出配管の出口部に至る流体の流路の向きがより径方向内側に向くことで巻き終わり部近傍における流体の遠心力が大きくなって該流路の壁面からの流体の剥離が生じ易くなる。
その点、上記（４）の構成によれば、上記の交差角度が３０度以内であるので、スクロール流路の巻き終わり部から吐出配管の出口部に至る流体の流路の向きが径方向内側に向くことを緩和してスクロール流路の巻き終わり部近傍における流体の遠心力を抑制して該流路の壁面からの流体の剥離を抑制できる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、前記回転軸の軸方向から見たときの、前記直線状部の前記入口部側から前記出口部側に向かう延在方向と前記第１線分の延在方向とが一致する。

上記（５）の構成によれば、回転軸の軸方向から見たときの、直線状部の上記延在方向と第１線分の延在方向との交差角度が０度になるので、スクロール流路の巻き終わり部近傍における流体の遠心力をより一層抑制して、スクロール流路の巻き終わり部から吐出配管の出口部に至る流体の流路の壁面からの流体の剥離をより一層抑制できる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、前記回転軸の軸方向から見たときの、前記ケーシングに対する前記吐出配管の接続位置における前記内周側領域と、前記第１線分との離間距離は、前記スクロール内周壁の最小曲率半径の０．２倍以上である。

回転軸の軸方向から見たときの、ケーシングに対する吐出配管の接続位置における内周側領域と、第１線分との離間距離がスクロール内周壁の最小曲率半径の０．２倍未満であると、スクロール流路の巻き終わり部から上記接続位置における内周側領域に至る流体の流路の向きがより径方向内側に向くことで巻き終わり部近傍における流体の遠心力が大きくなって該流路の壁面からの流体の剥離が生じ易くなる。
その点、上記（６）の構成によれば、上記接続位置における内周側領域と、第１線分との離間距離がスクロール内周壁の最小曲率半径の０．２倍以上であるので、スクロール流路の巻き終わり部から上記接続位置における内周側領域に至る流体の流路の向きが径方向内側に向くことを緩和して巻き終わり部近傍における流体の遠心力を抑制して該流路の壁面からの流体の剥離を抑制できる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、前記回転軸の軸方向から見たときの、前記ケーシングに対する前記吐出配管の接続位置における前記内周側領域と、前記第１線分との離間距離は、前記スクロール内周壁の最小曲率半径と等しい。

上記（７）の構成によれば、スクロール流路の巻き終わり部近傍における流体の遠心力をより一層抑制して、スクロール流路の巻き終わり部から上記接続位置における内周側領域に至る流体の流路の壁面からの流体の剥離をより一層抑制できる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかの構成において、前記回転軸の軸方向から見たときの、前記吐出配管の前記出口部の中心軸と、前記第１線分との離間距離は、前記スクロール内周壁の最小曲率半径の０．３倍以上である。

回転軸の軸方向から見たときの、吐出配管の出口部の中心軸と、第１線分との離間距離がスクロール内周壁の最小曲率半径の０．３倍未満であると、スクロール流路の巻き終わり部から吐出配管の出口部に至る流体の流路の向きがより径方向内側に向くことで巻き終わり部近傍における流体の遠心力が大きくなって該流路の壁面からの流体の剥離が生じ易くなる。
その点、上記（８）の構成によれば、吐出配管の出口部の中心軸と、第１線分との離間距離がスクロール内周壁の最小曲率半径の０．３倍以上であるので、スクロール流路の巻き終わり部から吐出配管の出口部に至る流体の流路の向きが径方向内側に向くことを緩和して巻き終わり部近傍における流体の遠心力を抑制して該流路の壁面からの流体の剥離を抑制できる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、
前記吐出配管の内壁面は、前記吐出流路の延在方向から見た断面形状が前記吐出配管の入口部で矩形であり、前記出口部で円形であり、前記入口部側から前記出口部側にかけて前記断面形状が矩形から円形へ徐々に変化する変化部を有し、
前記変化部における前記吐出配管の前記内壁面は、前記スクロール内周壁に連なる内側壁面と、前記スクロール外周壁に連なり前記内側壁面に対向する外側壁面と、を有し、
前記内周側領域は、前記内側壁面における領域を含む。

上記（９）の構成によれば、変化部において吐出配管の入口部側から出口部側にかけて断面形状が矩形から円形へ徐々に変化するので、断面形状の急変部がなく、吐出配管における内側壁面からの流体の剥離を抑制できる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの構成において、前記内周側領域は、前記吐出配管の入口部から前記出口部の間の少なくとも一部の領域で前記吐出流路の内側に向かって突出する突部が形成されている。

上記（１０）の構成によれば、吐出流路において流体の剥離が生じ易い領域に上記突部が形成されているので、吐出流路の壁面からの流体の剥離を抑制できる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、圧縮機の小型化による圧縮機の性能低下を抑制できる。

幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機の回転軸の軸方向に沿った断面図である。 一実施形態に係る遠心圧縮機の吐出口における径方向に沿った断面図である。 図１に示す遠心圧縮機の断面の第１ダイアフラム及び第２ダイアフラムの周辺の拡大図である。 他の実施形態に係る遠心圧縮機の吐出口における径方向に沿った、すなわち軸方向から見た断面図である。 さらに他の実施形態に係る遠心圧縮機の吐出口における径方向に沿った断面図である。 さらに他の実施形態に係る遠心圧縮機の吐出口における径方向に沿った断面図である。 図２に示す実施形態に係る変化部における断面形状の変化の様子を説明するための図である。 図４に示す実施形態に係る変化部における断面形状の変化の様子を説明するための図である。 従来の遠心圧縮機の吐出口における径方向に沿った断面図である。

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。

以下においては、遠心圧縮機の一例として、複数段のインペラを備えた多段式の遠心圧縮機を例に挙げて説明する。
図１は、幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機の回転軸の軸方向に沿った断面図である。図２は、一実施形態に係る遠心圧縮機の吐出口における径方向に沿った断面図である。
図１に示すように、遠心圧縮機１は、ケーシング２と、ケーシング２内で回転自在に支持されるロータ７を備えている。ロータ７は、回転軸（シャフト）４と、シャフト４の外面に固定されている複数段のインペラ８と、を有する。

ケーシング２の内部には、軸方向に配列される複数のダイアフラム１０が収容されている。複数のダイアフラム１０は、インペラ８を外周側から囲うように設けられている。また、ケーシング２の内周側において、複数のダイアフラム１０の軸方向における両側には、ケーシングヘッド５，６が設けられている。
ロータ７は、ラジアル軸受２０，２２及びスラスト軸受２４より回転可能に支持されており、中心Ｏの周りを回転するようになっている。

ケーシング２の一端部には、外部からの流体が流入する吸込口１６が設けられているとともに、ケーシング２の他端部には、遠心圧縮機１で圧縮された流体を外部に排出するための吐出口１８が設けられている。ケーシング２の内部には、複数段のインペラ８間を繋ぐように形成された流路９が形成されており、吸込口１６と吐出口１８とは、複数のインペラ８及び流路９を介して連通している。
吐出口１８には、ケーシング２に接続された吐出配管５０の一端５０ａが接続されている。
吐出配管５０は、スクロール流路３０からの流体をケーシング２の外部に導くための吐出流路５１が内部に形成されている。吐出流路５１における一端５０ａ側の入口部５５は、ケーシング２に形成された出口流路１９と連通している。吐出流路５１における他端５０ｂ側の出口部５２の外周側には、例えば外部の配管と接続するためのフランジ部５３が形成されている。
なお、図示する実施形態において、ケーシング２内部の流路９は、複数のダイアフラム１０によって少なくとも部分的に形成されている。

図１及び図２に示すように、複数段のインペラ８のうち最も下流側に設けられる最終段インペラ８Ａと、ケーシング２の吐出口１８との間には、周方向に沿って流路断面積が変化するように設けられた環状流路であるスクロール流路３０が形成されている。また、スクロール流路３０と吐出口１８とは、ケーシング２の出口流路１９を介して接続されている。

吸込口１６を介して遠心圧縮機１に流入した流体は、複数段のインペラ８及び流路９を通って上流から下流へと流れ、複数段のインペラ８を通過する際に、インペラ８の遠心力が付与されることにより段階的に圧縮される。複数段のインペラ８のうち最下流側に設けられる最終段インペラ８Ａを通過した圧縮流体は、スクロール流路３０及び吐出口１８を介してケーシング２の外部に導かれ、吐出配管５０を介して吐出流路５１の出口部５２から排出されるようになっている。

なお、ケーシングヘッド５，６のシャフト４による貫通部には、この貫通部を介した流体の漏れを防止するための軸封装置が設けられていてもよい。図１に示す実施形態では、吸込口１６側のケーシングヘッド６に軸封装置２６が設けられている。

図１に示すように、複数のダイアフラム１０は、スクロール流路３０を形成する表面を有する第１ダイアフラム１２と、軸方向において第１ダイアフラム１２の隣に配置される第２ダイアフラム１４と、を含む。

図３は、図１に示す遠心圧縮機１の断面の第１ダイアフラム１２及び第２ダイアフラム１４の周辺の拡大図である。

図１～図３に示す実施形態では、第１ダイアフラム１２と第２ダイアフラム１４とは、ボルト３４によって締結されることにより連結されている。第１ダイアフラム１２及び第２ダイアフラム１４には、それぞれ、雌ネジが形成されたボルト孔４１，４２（図３参照）を有しており、ボルト３４がボルト孔４１，４２にねじ込まれることにより、第１ダイアフラム１２と第２ダイアフラム１４とが締結される。

なお、図１～図３に示す実施形態では、第１ダイアフラム１２と第２ダイアフラム１４との間に位置する軸方向スペーサ３２は、雌ネジが形成されたボルト挿通孔３３（図３参照）を含む。そして、上述のボルト３４は、ボルト孔４１，４２及びボルト挿通孔３３にねじ込まれることにより、第１ダイアフラム１２と第２ダイアフラム１４との間に軸方向スペーサ３２が配置された状態で、第１ダイアフラム１２と第２ダイアフラム１４とが締結されるようになっている。軸方向スペーサ３２が設けられることで、第２ダイアフラム１４に対する第１ダイアフラム１２の軸方向における位置決めを行うことができる。

幾つかの実施形態では、第１ダイアフラム１２と第２ダイアフラム１４とは、溶接によって連結されていてもよい。

なお、第１ダイアフラム１２と第２ダイアフラム１４との間以外のダイアフラム１０間の接続は、溶接によって行われていてもよい。

第１ダイアフラム１２は、軸方向における両端面である第１端面３７及び第２端面３８を有する。第１端面３７は、吐出口１８側に位置するケーシングヘッド５側の端面であり、第２端面３８は、第２ダイアフラム１４側の端面である。また、第１端面３７と第２端面３８との間の軸方向の位置範囲において、第１ダイアフラム１２の外周面１１よりも径方向内側に凹んだ凹部３１が形成されており、該凹部３１は、径方向に沿った一対の側面１５，１７と、周方向に沿った底面１３を有する。すなわち、底面１３は、外周面１１よりも径方向内側に位置する表面である。

図２及び図３に示すように、スクロール流路３０は、内周側の壁面であるスクロール内周壁３０ａと、該スクロール内周壁３０ａの外周側に位置する、外周側の壁面であるスクロール外周壁３０ｂと、によって渦巻き状に形成される。そして、スクロール内周壁３０ａは第１ダイアフラム１２の上述の凹部３１の底面１３（外周面１１よりも径方向内側に位置する第１ダイアフラムの表面）によって形成されるとともに、スクロール外周壁３０ｂは、軸方向スペーサ３２の内周面（スペーサ内周面３５）によって形成されている。
図２及び図３に示すように、第１ダイアフラム１２の凹部３１の一対の側面１５，１７は、それぞれ、スクロール流路３０の径方向に沿った壁面を形成している。
すなわち、スクロール流路３０は、スクロール流路３０の延在方向、すなわち周方向から見た断面の形状が矩形である。以下の説明では、スクロール流路３０における、周方向から見た該断面の図心を通る、周方向に沿った仮想的な曲線をスクロール流路３０の中心線ａｘ１とする。

なお、図示はしていないが、軸方向スペーサ３２は、最終段インペラ８Ａの外周側に設けられるディフューザ３６に配置されていてもよい。すなわち、軸方向スペーサ３２は、第１ダイアフラム１２と第２ダイアフラム１４の互いに向き合う端面（すなわち、第１ダイアフラム１２の第２端面３８と、第２ダイアフラム１４の端面３９）の間に設けられていてもよい。この場合、スクロール外周壁３０ｂは、ケーシング２の内周面３によって形成される。
スクロール流路３０は、ディフューザ３６の出口４３に接続されている。

スクロール外周壁３０ｂを形成するケーシング２の内周面３は、遠心圧縮機１の回転中心（回転軸４の中心Ｏ）を中心とする円筒形であってもよい。
このように、スクロール外周壁３０ｂを形成するケーシング２の内周面３が遠心圧縮機１の回転中心を中心とする円筒形である場合、該円筒形の内周面３を利用して、スクロール流路３０を容易に形成することができる。

すなわち、スクロール内周壁３０ａを第１ダイアフラム１２の凹部３１の底面１３（表面）によって形成する一方、単純な円筒形状を有するケーシング２の内周面３によってスクロール外周壁３０ｂを形成することができる。したがって、複雑な流路形状をケーシング２に加工して形成することなく、スクロール流路３０を比較的容易に形成することができる。
また、スクロール外周壁３０ｂを形成するケーシング２の内周面３が中心Ｏを中心とする円筒形であり、ロータ７と同心であるので、遠心圧縮機１の構造を簡素化することができる。

ところで、圧縮機における小型化の要請から、遠心圧縮機１のケーシング２の径が小径化されると、ディフューザ３６の径が小さくなるため、ディフューザ３６の出口４３での流体の流速が大きくなり、流体の遠心力が大きくなる。また、遠心圧縮機１のケーシング２の径が小径化されると、スクロール流路３０の径が小さくなるため、スクロール流路３０の巻き終わり部４５の近傍で、流体の遠心力が大きくなる。
そのため、遠心圧縮機１の小型化により、スクロール流路３０の巻き終わり部４５の近傍から流体の遠心圧縮機１からの出口に至る流路の壁面からの流体の剥離が生じるおそれがある。このような剥離が生じると、遠心圧縮機１の性能が低下してしまう。なお、図２及び後述する図４における２点鎖線で囲んだ領域Ｅは、上記のような剥離が生じ易い領域である。

そこで、幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機１では、次のようにして、上述した剥離を抑制するようにしている。
なお、幾つかの実施形態において、スクロール流路３０の巻き終わり部４５は、最終段インペラ８Ａの回転方向に沿って徐々に曲率半径が小さくなるスクロール内周壁３０ａにおいて、スクロール内周壁３０ａが軸方向から見てスクロール内周壁３０ａよりも径方向内側に曲率の中心を有し、且つ、中心Ｏからの距離が最も短い位置７５に対応するスクロール流路３０の位置を指すものとする。
したがって、後述する図４のように、スクロール内周壁３０ａのうち、位置７５よりも吐出口１８側で、軸方向から見て直線状に形成されている領域において中心Ｏからの距離が最も短い位置７６は、巻き終わり部４５に対応する位置ではない。

図４は、他の実施形態に係る遠心圧縮機の吐出口における径方向に沿った、すなわち軸方向から見た断面図である。図５は、さらに他の実施形態に係る遠心圧縮機の吐出口における径方向に沿った断面図である。図６は、さらに他の実施形態に係る遠心圧縮機の吐出口における径方向に沿った断面図である。以下、図２、及び図４～図６を主に参照して説明する。
幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機１は、上述したように、回転軸４の外周に固定されたインペラ８と、インペラ８（図１参照）の外周側に設けられるディフューザ３６（図３参照）と、インペラ８およびディフューザ３６を収容するケーシング２とを備える。幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機１は、上述したように、ディフューザ３６の出口４３に接続され、スクロール内周壁３０ａおよび該スクロール内周壁３０ａの外周側に位置するスクロール外周壁３０ｂによって渦巻き状に形成されたスクロール流路３０と、スクロール流路３０からの流体をケーシング２の外部に導くための吐出流路５１を形成するように、ケーシング２に接続された吐出配管５０とを備える。幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機１では、上述したように、スクロール内周壁３０ａは、ディフューザ３６の出口４３よりも径方向内側に位置する。

幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機１では、図２、及び図４～図６に示すように、吐出配管５０は、回転軸４の軸方向から見たとき、吐出配管５０の内壁面６０のうちスクロール内周壁３０ａに連なる内周側領域６１が、ケーシング２に対する吐出配管５０の接続位置５４において、回転軸４の中心Ｏを通過する線分であって吐出配管５０の出口部５２の中心軸５２ａに平行な第１線分７１よりも、スクロール流路３０の巻き終わり部４５側に位置する。

したがって、スクロール流路３０の巻き終わり部４５から吐出配管５０の出口部５２に至る流体の流路の向きを全体的に径方向外側に向けることができる。これにより、巻き終わり部４５近傍おける流体の遠心力を抑制して該流路の壁面からの流体の剥離を抑制できるので、遠心圧縮機１の性能低下を抑制できる。

幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機１では、図２及び図４に示すように、スクロール流路３０の径方向の幅の中心線（中心線ａｘ１）を巻き終わり部４５における延在方向に延長した第２線分７２は、吐出配管５０の出口部５２の開口を通過する。図５及び図６に示す実施形態においても同様である。
これにより、スクロール流路３０の巻き終わり部４５から吐出配管５０の出口部５２に至る流体の流路の曲がりが少なくなり、該流路における圧力損失を抑制できる。

各流路３０，１９，５１について、より具体的に説明する。
図２、図５及び図６に示す実施形態に係るスクロール内周壁３０ａでは、中心Ｏからの距離が最も短い位置７５から吐出口１８側の領域８１は、中心Ｏからの距離が最も短い位置７５におけるスクロール内周壁３０ａの接線の延在方向と同じ方向に直線状に延在している。
図４に示す実施形態に係るスクロール内周壁３０ａでは、中心Ｏからの距離が最も短い位置７５から吐出口１８側の領域８１は、中心Ｏからの距離が最も短い位置７５におけるスクロール内周壁３０ａの接線７７よりも径方向の内側を通過するように、すなわち、該接線７７よりも図４における左側の領域で直線状に延在している。
これにより、位置７５よりも吐出口１８側の領域８１が、吐出口１８側に向かうにつれて周方向にさらに回り込むような形状とされている場合と比べて、領域８１における流体の剥離を抑制できる。

図２及び図４に示す実施形態では、ケーシング２に形成された出口流路１９においてスクロール内周壁３０ａの領域８１に連なる領域１９ａ、及び、吐出配管５０の内壁面６０のうち、上記領域１９ａを介してスクロール内周壁３０ａの領域８１に連なる内周側領域６１は、スクロール内周壁３０ａの領域８１の延在方向と同じ方向に直線状に延在している。すなわち、図２及び図４に示す実施形態では、スクロール内周壁３０ａの領域８１、出口流路１９の領域１９ａ、及び、吐出配管５０の内周側領域６１は、回転軸４の軸方向から見たときに、同一の直線上に配置されている。

図５に示す実施形態では、内周側領域６１のうち、後述する突部８５よりも他端５０ｂ側の領域は、スクロール内周壁３０ａの領域８１の延在方向と同じ方向に直線状に延在している。すなわち、図５に示す実施形態では、スクロール内周壁３０ａの領域８１、及び、内周側領域６１のうち突部８５よりも他端５０ｂ側の領域は、回転軸４の軸方向から見たときに、同一の直線上に配置されている。

このように、図２、図４及び図５に示す実施形態では、内周側領域６１は、吐出配管５０の入口部５５から出口部５２の間の入口部５５を含む少なくとも一部の領域で入口部５５側から出口部５２側に向かって直線状に形成された直線状部６３を有する。
これにより、吐出配管５０の内壁面６０のうちスクロール内周壁３０ａに連なる内周側領域６１が少なくとも一部の領域で直線状に形成されるので、吐出流路５１の曲がりが少なくなり、吐出流路５１における圧力損失を抑制できる。

図５に示す実施形態に係る突部８５は、出口流路１９の領域１９ａの全体、及び、吐出配管５０の内周側領域６１のうち一端５０ａ側の領域において、出口流路１９及び吐出流路５１の内側に向かって突出する。
なお、図６に示す実施形態では、突部８６は、出口流路１９の領域１９ａの全体、及び、吐出配管５０の内周側領域６１のうち一端５０ａから他端５０ｂにかけて、出口流路１９及び吐出流路５１の内側に向かって突出する。
突部８５，８６は、回転軸４の軸方向から見たときに、それぞれ内周側領域６１よりも第１線分７１側に曲率中心を持つ。

図２、図４及び図５に示す実施形態では、回転軸４の軸方向から見たときの、直線状部６３における、入口部５５側から出口部５２側に向かう延在方向と第１線分７１の延在方向との交差角度θ（図４参照）は、３０度以内である。
回転軸４の軸方向から見たときの、直線状部６３の上記延在方向と第１線分７１の延在方向との交差角度θが例えば３０度を超えると、スクロール流路３０の巻き終わり部４５から吐出配管５０の出口部５２に至る流体の流路の向きがより径方向内側に向くことで巻き終わり部４５近傍における流体の遠心力が大きくなって該流路の壁面からの流体の剥離が生じ易くなる。
その点、図２、図４及び図５に示す実施形態では、上記の交差角度θが３０度以内であるので、スクロール流路３０の巻き終わり部４５から吐出配管５０の出口部５２に至る流体の流路の向きが径方向内側に向くことを緩和して巻き終わり部４５近傍における流体の遠心力を抑制して該流路の壁面からの流体の剥離を抑制できる。

図２及び図５に示す実施形態では、回転軸４の軸方向から見たときの、直線状部６３における入口部５５側から出口部５２側に向かう延在方向と第１線分７１の延在方向とが一致する。
すなわち、図２及び図５に示す実施形態では、回転軸４の軸方向から見たときの、直線状部６３の上記延在方向と第１線分７１の延在方向との交差角度θが０度になるので、巻き終わり部４５近傍における流体の遠心力をより一層抑制して、スクロール流路３０の巻き終わり部４５から吐出配管５０の出口部５２に至る流体の流路の壁面からの流体の剥離をより一層抑制できる。

図２及び図４～図６に示す実施形態では、回転軸４の軸方向から見たときの、接続位置５４における内周側領域６１（すなわち位置５４ａ）と、第１線分７１との離間距離ｄ１は、スクロール内周壁３０ａの最小曲率半径Ｒｍｉｎの０．２倍以上である。

回転軸４の軸方向から見たときの、位置５４ａと第１線分７１との離間距離ｄ１が、例えばスクロール内周壁の最小曲率半径Ｒｍｉｎの０．２倍未満であると、スクロール流路３０の巻き終わり部４５から上記の位置５４ａに至る流体の流路の向きがより径方向内側に向くことで巻き終わり部４５近傍における流体の遠心力が大きくなって該流路の壁面からの流体の剥離が生じ易くなる。
その点、図２及び図４～図６に示す実施形態では、上記離間距離ｄ１がスクロール内周壁３０ａの最小曲率半径Ｒｍｉｎの０．２倍以上であるので、巻き終わり部４５から上記の位置５４ａに至る流体の流路の向きが径方向内側に向くことを緩和して巻き終わり部４５近傍における流体の遠心力を抑制して該流路の壁面からの流体の剥離を抑制できる。

図２に示す実施形態では、回転軸４の軸方向から見たときの、上記の離間距離ｄ１は、スクロール内周壁３０ａの最小曲率半径Ｒｍｉｎと等しい。
これにより、巻き終わり部４５近傍における流体の遠心力をより一層抑制して、巻き終わり部４５から上記の位置５４ａに至る流体の流路の壁面からの流体の剥離をより一層抑制できる。

図２及び図４～図６に示す実施形態では、回転軸４の軸方向から見たときの、吐出配管５０の出口部５２の中心軸５２ａと、第１線分７１との離間距離ｄ２は、スクロール内周壁３０ａの最小曲率半径Ｒｍｉｎの０．３倍以上である。

回転軸の軸方向から見たときの、吐出配管５０の出口部５２の中心軸５２ａと、第１線分７１との離間距離ｄ２が、例えばスクロール内周壁３０ａの最小曲率半径Ｒｍｉｎの０．３倍未満であると、巻き終わり部４５から吐出配管５０の出口部５２に至る流体の流路の向きがより径方向内側に向くことで巻き終わり部４５近傍における流体の遠心力が大きくなって該流路の壁面からの流体の剥離が生じ易くなる。
その点、図２及び図４～図６に示す実施形態では、上記の離間距離ｄ２がスクロール内周壁３０ａの最小曲率半径Ｒｍｉｎの０．３倍以上であるので、巻き終わり部４５から吐出配管５０の出口部５２に至る流体の流路の向きが径方向内側に向くことを緩和して巻き終わり部４５近傍における流体の遠心力を抑制して該流路の壁面からの流体の剥離を抑制できる。

図２及び図４～図６に示す実施形態では、吐出配管５０の出口部５２のフランジ部５３の側面からの遠心圧縮機１の最大幅ｄ３は、ケーシング外形Ｄの１．２倍以内である。
図２及び図４～図６に示す実施形態では、スクロール流路３０の巻き終わり部４５近傍おける流体の遠心力を抑制するために、上述したように、内周側領域６１が上記の接続位置５４において第１線分７１よりもスクロール流路３０の巻き終わり部４５側に位置するように遠心圧縮機１を構成した。その結果、吐出配管５０の出口部５２が従来の遠心圧縮機と比べて幅方向、すなわち出口部５２の中心軸５２ａと直交する方向に位置することとなるため、フランジ部５３の側面がケーシング２の幅からはみ出す場合がある。
その点、図２及び図４～図６に示す実施形態では、吐出配管５０の出口部５２のフランジ部５３の側面からの遠心圧縮機１の最大幅ｄ３は、ケーシング外形Ｄの１．２倍以内であるので、吐出配管５０を含めた遠心圧縮機１の幅が大きくなることを抑制できる。
なお、図９は、従来の遠心圧縮機１Ａの吐出口における径方向に沿った断面図である。

図２及び図４に示す実施形態では、出口流路１９においてスクロール外周壁３０ｂに連なる領域１９ｂ、及び、吐出配管５０の内壁面６０のうち、上記領域１９ｂを介してスクロール外周壁３０ｂに連なる外周側領域６２は、回転軸４の軸方向から見たときに同一の直線上に配置されている。そして、図２及び図４に示す実施形態では、領域１９ｂ及び外周側領域６２は、吐出配管５０の他端５０ｂ側に向かうにつれて、回転軸４の軸方向から見たときの出口流路１９及び吐出流路５１の流路の幅が広くなるように配置されている。
図５及び図６に示す実施形態では、回転軸４の軸方向から見たときの領域１９ｂ及び外周側領域６２の形状は、図２及び図４に示す実施形態の領域１９ｂ及び外周側領域６２の形状と同じである。
すなわち、図５及び図６に示す実施形態では、出口流路１９及び吐出流路５１の流路の形状は、突部８５又は突部８６の有無を除いて、図２に示す実施形態の出口流路１９及び吐出流路５１の流路の形状と同じである。

なお、図２及び図４に示す実施形態では、出口流路１９は、出口流路１９の延在方向、すなわち出口流路１９を通過する流体の主たる流れの方向に沿って見た断面の形状が矩形である。以下の説明では、出口流路１９における、該断面の図心を通る仮想的な線を出口流路１９の中心線ａｘ２とする。
また、図２及び図４に示す実施形態では、吐出流路５１は、吐出流路５１の延在方向、すなわち吐出流路５１を通過する流体の主たる流れの方向に沿って見た断面の形状が一端５０ａ側では矩形であり、他端５０ｂ側では円形である。以下の説明では、吐出流路５１における、該断面の図心を通る仮想的な線を吐出流路５１の中心線ａｘ３とする。

吐出配管５０の内壁面６０は、入口部５５側から出口部５２側にかけて断面形状が矩形から円形へ徐々に変化する変化部５６を有する。
図７は、図２に示す実施形態に係る変化部５６における断面形状の変化の様子を説明するための図であり、中心線ａｘ１，ａｘ２、中心軸５２ａに垂直な断面の形状を示している。図８は、図４に示す実施形態に係る変化部５６における断面形状の変化の様子を説明するための図であり、中心線ａｘ１，ａｘ２、中心軸５２ａに垂直な断面の形状を示している。

図７には、第１位置１０１におけるスクロール流路３０の断面１１１の形状と、第２位置１０２における出口流路１９の断面１１２の形状と、第３位置１０３～第５位置１０５における吐出流路５１の断面１１３～１１５の形状とを示している。
第１位置１０１は、巻き終わり部４５からわずかに出口流路１９側に寄った位置であり、第２位置１０２は、出口流路１９内の位置である。第３位置１０３～第５位置１０５は、それぞれ吐出流路５１内の位置であり、第３位置１０３から第５位置１０５にかけて順に一端５０ａ側から他端５０ｂ側に向かって並んでいる。

図７に示すように、第１位置１０１におけるスクロール流路３０の断面１１１の形状、及び、第２位置１０２における出口流路１９の断面１１２の形状は、略矩形である。第３位置１０３～第５位置１０５における吐出流路５１の断面１１３～１１５の形状は、入口部５５側から出口部５２側にかけて矩形から円形へ徐々に変化する。

図８には、第１位置１２１におけるスクロール流路３０の断面１３１の形状と、第２位置１２２における出口流路１９の断面１３２の形状と、第３位置１２３～第５位置１２５における吐出流路５１の断面１３３～１３５の形状とを示している。
第１位置１２１は、巻き終わり部４５から出口流路１９側に寄った位置であり、第２位置１２２は、出口流路１９内の位置である。第３位置１２３～第５位置１２５は、それぞれ吐出流路５１内の位置であり、第３位置１２３から第５位置１２５にかけて順に一端５０ａ側から他端５０ｂ側に向かって並んでいる。

図８に示すように、第１位置１２１におけるスクロール流路３０の断面１３１の形状、及び、第２位置１２２における出口流路１９の断面１３２の形状は、略矩形である。第３位置１２３～第５位置１２５における吐出流路５１の断面１３３～１３５の形状は、入口部５５側から出口部５２側にかけて矩形から円形へ徐々に変化する。

なお、変化部５６における吐出配管５０の内壁面６０は、スクロール内周壁３０ａに連なる内側壁面１４１と、スクロール外周壁３０Ｂに連なり内側壁面１４１に対向する外側壁面１４２と、を有する。そして、内周側領域６１は、内側壁面１４１における領域を含む。
これにより、変化部５６において吐出配管５０の入口部５５側から出口部５２側にかけて断面形状が矩形から円形へ徐々に変化するので、断面形状の急変部がなく、吐出配管５０における内側壁面１４１からの流体の剥離を抑制できる。

図５及び図６に示す実施形態では、内周側領域６１は、吐出配管５０の入口部５５から出口部５２の間の少なくとも一部の領域で吐出流路５１の内側に向かって突出する突部８５，８６が形成されている。
これにより、吐出流路５１において流体の剥離が生じ易い領域に上記の突部８５，８６が形成されているので、吐出流路５１の壁面からの流体の剥離を抑制できる。

本発明は上述した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。
例えば、上述した幾つかの実施形態では、遠心圧縮機１が複数段のインペラを備えた多段式の遠心圧縮機であったが、遠心圧縮機１は、１段のインペラを備えた単段式の遠心圧縮機であってもよい。

１ 遠心圧縮機
２ ケーシング
４ 回転軸（シャフト）
８ インペラ
１９ 出口流路
３０ スクロール流路
３０ａ スクロール内周壁
３０ｂ スクロール外周壁
３６ ディフューザ
４３ 出口
４５ 巻き終わり部
５０ 吐出配管
５１ 吐出流路
５２ 出口部
５４ 接続位置
５５ 入口部
５６ 変化部
６０ 内壁面
６１ 内周側領域
６３ 直線状部
７１ 第１線分
７２ 第２線分
８５，８６ 突部

Claims (10)

1. 回転軸の外周に固定されたインペラと、
   前記インペラの外周側に設けられるディフューザと、
   前記インペラおよび前記ディフューザを収容するケーシングと、
   前記ディフューザの出口に接続され、スクロール内周壁および該スクロール内周壁の外周側に位置するスクロール外周壁によって渦巻き状に形成されたスクロール流路と、
   前記スクロール流路からの流体を前記ケーシングの外部に導くための吐出流路を形成するように、前記ケーシングに接続された吐出配管と、
   を備え、
   前記スクロール内周壁は、前記ディフューザの出口よりも径方向内側に位置し、
   前記吐出配管は、前記回転軸の軸方向から見たとき、前記吐出配管の内壁面のうち前記スクロール内周壁に連なる内周側領域が、前記ケーシングに対する前記吐出配管の接続位置において、前記回転軸の中心を通過する線分であって前記吐出配管の出口部の中心軸に平行な第１線分よりも、前記スクロール流路の巻き終わり部側に位置し、
   前記吐出流路の中心線は、前記スクロール流路の径方向の幅の中心線を前記巻き終わり部における延在方向に延長した第２線分に対して、前記吐出配管の入口部から出口部に向かうにつれて径方向外側に離れ、
   前記第２線分は、前記吐出配管の入口部から出口部に向かうにつれて前記第１線分に近づく
   遠心圧縮機。
2. 前記第２線分は、前記吐出配管の出口部の開口を通過する
   請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 前記内周側領域は、前記吐出配管の入口部から前記出口部の間の前記入口部を含む少なくとも一部の領域で前記入口部側から前記出口部側に向かって直線状に形成された直線状部を有する
   請求項１または２に記載の遠心圧縮機。
4. 前記回転軸の軸方向から見たときの、前記直線状部の前記入口部側から前記出口部側に向かう延在方向と前記第１線分の延在方向との交差角度は、３０度以内である
   請求項３に記載の遠心圧縮機。
5. 前記回転軸の軸方向から見たときの、前記直線状部の前記入口部側から前記出口部側に向かう延在方向と前記第１線分の延在方向とが一致する
   請求項４に記載の遠心圧縮機。
6. 前記回転軸の軸方向から見たときの、前記ケーシングに対する前記吐出配管の接続位置における前記内周側領域と、前記第１線分との離間距離は、前記スクロール内周壁の最小曲率半径の０．２倍以上である
   請求項１乃至５の何れか一項に記載の遠心圧縮機。
7. 前記回転軸の軸方向から見たときの、前記ケーシングに対する前記吐出配管の接続位置における前記内周側領域と、前記第１線分との離間距離は、前記スクロール内周壁の最小曲率半径と等しい
   請求項６に記載の遠心圧縮機。
8. 前記回転軸の軸方向から見たときの、前記吐出配管の前記出口部の中心軸と、前記第１線分との離間距離は、前記スクロール内周壁の最小曲率半径の０．３倍以上である
   請求項１乃至７の何れか一項に記載の遠心圧縮機。
9. 前記吐出配管の内壁面は、前記吐出流路の延在方向から見た断面形状が前記吐出配管の入口部で矩形であり、前記出口部で円形であり、前記入口部側から前記出口部側にかけて前記断面形状が矩形から円形へ徐々に変化する変化部を有し、
   前記変化部における前記吐出配管の前記内壁面は、前記スクロール内周壁に連なる内側壁面と、前記スクロール外周壁に連なり前記内側壁面に対向する外側壁面と、を有し、
   前記内周側領域は、前記内側壁面における領域を含む
   請求項１乃至８の何れか一項に記載の遠心圧縮機。
10. 前記内周側領域は、前記吐出配管の入口部から前記出口部の間の少なくとも一部の領域で前記吐出流路の内側に向かって突出する突部が形成されている
    請求項１乃至９の何れか一項に記載の遠心圧縮機。

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