JP7232332B2 - 遠心圧縮機のスクロール構造及び遠心圧縮機 - Google Patents

Description

本開示は、遠心圧縮機のスクロール構造及び遠心圧縮機に関する。

車両用、舶用ターボチャージャのコンプレッサ部等に用いられる遠心圧縮機は、羽根車の回転を介して流体に運動エネルギーを与えるとともに、径方向外側に流体を吐出することで遠心力による圧力上昇を得るものである。
この遠心圧縮機は広い運転範囲において高圧力比と高効率化が要求されている。
遠心圧縮機には渦巻状に形成されたスクロール流路が設けられている。スクロール流路は、巻き始め部と巻き終わり部とが交差する流路接続部を有する。

大流量作動点では、スクロールの巻き始め部から巻き終わり部にかけて増速流れとなり、巻き始め部における圧力は巻き終わり部における圧力よりも高くなることから、流路接続部での、巻き終わり部から巻き始め部へ流れる再循環流は殆ど生じない。

しかし、小流量作動点では、スクロールの巻き始め部から巻き終わり部にかけて減速流れとなり、巻き始め部における圧力は巻き終わり部における圧力よりも低くなることから、流路接続部において巻き終わり部から巻き始め部への再循環流が発生する。この現象によってスクロール内では剥離損失等が生じる。
すなわち、再循環流が巻き終わり部から巻き始め部へ流入する際に、流路接続部において流体の流れの向きが変更されるため、巻き始め部においてスクロール流路を形成する壁面から流体が剥離すると損失が発生してしまう。

そこで、例えば特許文献１に記載の遠心圧縮機のスクロール構造では、流路接続部の断面形状を変更することにより、上述した損失を抑制するようにしている（特許文献１参照）。

特許第５４７９３１６号公報

例えば特許文献１に記載の遠心圧縮機のスクロール構造では、流路接続部の断面積を小さくすることにより再循環流を抑制して、上述した損失を抑制するようにしている。しかし、例えば特許文献１に記載の遠心圧縮機のスクロール構造では、剥離による損失を抑制できても、巻き始め部における流路断面積が小さくなってしまうため、流速が過大となって損失が増えてしまうおそれがある。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、広い運転範囲において効率が高くなる遠心圧縮機のスクロール構造及び遠心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遠心圧縮機のスクロール構造は、
渦巻き状に形成されたスクロール流路が設けられた遠心圧縮機のスクロール構造において、
前記スクロール流路の巻き始め部と巻き終わり部とが交差する流路接続部のうち、前記巻き終わり部における前記遠心圧縮機の第１内周面と前記巻き始め部における前記遠心圧縮機の第２内周面とを接続する接続領域を備え、
前記接続領域は、前記第１内周面から前記第２内周面に向かって向きが変わり始める転向開始部と前記第１内周面から前記第２内周面に向かって向きが変わり終わる転向終了部とを有し、
前記接続領域における前記スクロール流路の中心線の延在方向に対して直交する断面を第１断面、前記第１断面上における前記転向開始部を第１転向開始部、前記第１断面上における前記転向終了部を第１転向終了部、前記第１断面上において前記第１転向開始部を通過する前記第１内周面の接線方向を第１方向、とした場合に、
前記第１転向開始部は、前記スクロール流路の最小断面積位置における前記遠心圧縮機の軸方向に沿った高さ寸法の３０％以上の距離だけ前記第１転向終了部から前記第１方向に沿って離れた位置に存在する。

流路接続部における上記接続領域では、巻き終わり部における遠心圧縮機の第１内周面から巻き始め部における遠心圧縮機の第２内周面にかけて、スクロール流路の内周面の延在方向が比較的大きく変わる。そのため、第１内周面に沿って流れる流体が再循環流として巻き始め部に流入する際、第２内周面から剥離し易くなる。
これに対して、上記（１）の構成では、第１転向開始部は、スクロール流路の最小断面積位置における軸方向に沿った高さ寸法の３０％以上の距離だけ第１転向終了部から第１方向に沿って離れた位置に存在する。これにより、第１内周面から第２内周面にかけて変化するスクロール流路の内周面の向きの変わり方が緩やかになるので、第１内周面に沿って流れる流体が再循環流として巻き始め部に流入する際、第２内周面から剥離し難くなり、剥離に伴う損失を抑制できる。したがって、遠心圧縮機において、広い運転範囲で効率を高めることができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記接続領域は、少なくとも前記第１転向開始部と前記第１転向終了部との中間位置において、前記第１転向開始部にて前記第１内周面に接し、且つ、前記第１転向終了部における前記第２内周面を前記スクロール流路の延在方向に沿って延長した仮想線に接する仮想接円の位置と同じか該位置よりも該仮想接円の中心側の位置に存在する。

接続領域を上記（２）の構成のようにすることで、第１内周面から第２内周面にかけて変化するスクロール流路の内周面の向きの変わり方が緩やかになるので、第１内周面に沿って流れる流体が再循環流として巻き始め部に流入する際、第２内周面から剥離し難くなり、剥離に伴う損失を抑制できる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記第１転向終了部は、前記第１転向開始部にて前記第１内周面に接し、且つ、前記第１転向終了部における前記第２内周面を前記スクロール流路の延在方向に沿って延長した仮想線に接する仮想接円が前記仮想線に接する位置よりも前記スクロール流路の下流側に位置する。

上記（３）の構成によれば、上記仮想接円が上記仮想線に接する位置に第１転向終了部が設定されている場合と比べて、第１転向終了部の位置をスクロール流路の下流側に設定できるので、第１内周面から第２内周面にかけて変化するスクロール流路の内周面の向きの変わり方がさらに緩やかになる。これにより、第１内周面に沿って流れる流体が再循環流として巻き始め部に流入する際、第２内周面からさらに剥離し難くなり、剥離に伴う損失をさらに抑制できる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、前記接続領域が、前記第１転向開始部から前記第１転向終了部に至る曲線部を有していてもよい。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、前記曲線部は、前記第１転向開始部から前記第１転向終了部に向かうにつれて曲率半径が漸増する。

上記（５）の構成によれば、第１内周面から第２内周面にかけて変化するスクロール流路の内周面の向きの変わり方が第２内周面に向かうにつれて緩やかになる。これにより、第１内周面に沿って流れる流体が再循環流として巻き始め部に流入する際、第２内周面からさらに剥離し難くなり、剥離に伴う損失をさらに抑制できる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、前記接続領域が、前記第１転向開始部から前記第１転向終了部に至る少なくとも一部の領域において直線部を有していてもよい。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、前記接続領域は、前記第１転向開始部と前記第１転向終了部とを結ぶ直線Ｌの距離ａ１と該直線Ｌから最も離れた前記接続領域上の位置までの距離ａ２との比（ａ２／ａ１）が、前記スクロール流路の中心線の延在方向に沿った下流側から上流側に向かうにつれて小さくなる領域を含む。

上述した接続領域は、巻き終わり部（第１内周面）を遠心圧縮機の径方向外側から見たときに、巻き終わり部におけるスクロール流路の中心線の延在方向に沿って延在する。
発明者らが鋭意検討した結果、接続領域のうち該延在方向に沿った下流側の領域から巻き始め部に流入する流体よりも、接続領域のうち該延在方向に沿った上流側の領域から巻き始め部に流入する流体の方が上述した剥離が発生し易いことが判明した。
上記（７）の構成によれば、上記比（ａ２／ａ１）が、スクロール流路の中心線の延在方向に沿った下流側から上流側に向かうにつれて小さくなる領域を含むので、該延在方向に沿って下流側から上流側に向かうにつれて、第１内周面から第２内周面にかけて変化するスクロール流路の内周面の向きの変わり方が緩やかになる領域が存在する。
したがって、上記（７）の構成によれば、剥離の発生を効果的に抑制できる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の構成において、前記比（ａ２／ａ１）は、前記接続領域のうち、舌部の位置よりも前記スクロール流路の上流側の領域において最小値をとる。

上述したように、接続領域のうちスクロール流路の中心線の延在方向に沿った下流側の領域から巻き始め部に流入する流体よりも、接続領域のうち該延在方向に沿った上流側の領域から巻き始め部に流入する流体の方が上述した剥離が発生し易い。
上記（８）の構成によれば、上記比（ａ２／ａ１）が、接続領域のうち、舌部の位置よりもスクロール流路の上流側の領域において最小値をとるので、該上流側の領域において、第１内周面から第２内周面にかけて変化するスクロール流路の内周面の向きの変わり方が緩やかになる。
したがって、上記（８）の構成によれば、剥離の発生を効果的に抑制できる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（７）又は（８）の構成において、前記比（ａ２／ａ１）は、前記接続領域のうち、最も前記軸方向上流側の位置よりも前記スクロール流路の上流側の領域において最小値をとる。

上述した接続領域は、スクロール流路の中心線の延在方向に沿った最も下流側から上流側に向かうにつれて、初めは遠心圧縮機の軸方向上流側に向かい、最も軸方向上流側の位置に達した後は、軸方向下流側に向かうように延在している。
また、上述したように、接続領域のうち該延在方向に沿った下流側の領域から巻き始め部に流入する流体よりも、接続領域のうち該延在方向に沿った上流側の領域から巻き始め部に流入する流体の方が上述した剥離が発生し易いが、巻き始め部におけるスクロール流路内で剥離による損失が最も高い領域は、上述した「最も軸方向上流側の位置」よりもスクロール流路の中心線の延在方向に沿った上流側の位置において接続領域を通過した流体が到達する領域である。
したがって、上記構成（９）となるように接続領域を設けることで、接続領域のうち、剥離による損失が比較的高くなる領域に流入する流体が通過する領域において、第１内周面から第２内周面にかけて変化するスクロール流路の内周面の向きの変わり方を一層緩やかにすることができる。これにより、剥離の発生を効果的に抑制できる。

（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る遠心圧縮機は、上記（１）乃至（９）の何れかの構成の遠心圧縮機のスクロール構造を備えるので、広い運転範囲で効率を高めることができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、遠心圧縮機において、広い運転範囲で効率を高めることができる。

幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機の断面概要図である。 幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機におけるケーシングを遠心圧縮機の回転軸の軸線方向と直交する断面で切断した断面を模式的に示した図である。 図２におけるＡ－Ａ矢視断面図である。 図３における流路接続部の近傍を拡大した図である。 図３における流路接続部の近傍を拡大した図に相当する図である。 図３における流路接続部の近傍を拡大した図に相当する図である。 図３における流路接続部の近傍を拡大した図に相当する図である。 図２におけるＢ－Ｂ矢視断面図である。

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。

図１は、幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機１の断面概要図である。幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機１は、ターボチャージャに適用される遠心圧縮機１である。幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機１では、図示しないタービンのタービンホイールとコンプレッサホイール８とが回転軸３で連結されている。コンプレッサホイール８は、ハブ５の表面に複数のコンプレッサ翼７が立設されている。コンプレッサホイール８は、コンプレッサ翼７の外側がコンプレッサハウジング（ケーシング）９で覆われている。幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機１では、コンプレッサ翼７の外周側には、ディフューザ１１が形成され、さらに、このディフューザ１１の周囲には渦巻き状に形成されたスクロール流路１３が設けられている。

図２は、幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機１におけるケーシング９を遠心圧縮機１の回転軸３の軸線Ｘ方向と直交する断面で切断した断面を模式的に示した図である。ケーシング９は、スクロール流路１３と、該スクロール流路１３の下流側に接続される出口流路１５とを備えている。スクロール流路１３は、スクロール流路の巻き始め部１７と巻き終わり部１９とを有する。スクロール流路１３は、巻き始め部１７から図２に示す右回りに進むにつれて、その流路断面積が増加するように形成されている。
図２において、コンプレッサホイール８の回転方向を矢印Ｒで示している。幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機１では、コンプレッサホイール８は、図２において右回りに回転する。

スクロール流路１３内の流体の流れは、巻き始め部１７から巻き終わり部１９に向かう周方向流れの主流９１（図２参照）と、その主流に沿ってスクロール流路１３内を旋回しながら流れる旋回流９３（後述する図４参照）とを伴う。

以下の説明では、遠心圧縮機１の回転軸３の軸線Ｘ方向を遠心圧縮機１の軸方向、又は、単に軸方向とも呼ぶ。軸方向のうち、遠心圧縮機１に流入する流体の流れに沿った上流側を軸方向上流側とし、その反対側を軸方向下流側とする。また、以下の説明では、遠心圧縮機１のコンプレッサホイール８の径方向を遠心圧縮機１の径方向、又は、単に径方向とも呼ぶ。径方向のうち、回転軸３の軸線Ｘに近づく方向を径方向内側とし、回転軸３の軸線Ｘから遠ざかる方向を径方向外側とする。
また、スクロール流路１３及び出口流路１５において、流路の延在方向のうち、流体の主流の流れの上流側をスクロール流路１３の上流側及び出口流路１５の上流側と呼び、流体の主流の流れの下流側をスクロール流路１３の下流側及び出口流路１５の下流側と呼ぶ。スクロール流路１３の上流側及び出口流路１５の上流側を流路上流側、又は単に上流側とも呼び、スクロール流路１３の下流側及び出口流路１５の下流側を流路下流側、又は単に下流側とも呼ぶ。スクロール流路１３においては、スクロール流路１３の延在方向は、遠心圧縮機１の周方向と略同じ方向となる。

幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機１のスクロール構造１０では、ケーシング９にスクロール流路１３の巻き始め部１７と巻き終わり部１９とが交差する流路接続部２０が形成されている。流路接続部２０には、スクロール流路１３の内周面１３ａのうち、巻き終わり部１９において、巻き始め部１７に連通する開口部２１が形成されている。この開口部２１を取り囲む開口形成部２３のうち、スクロール流路１３の最も下流側の位置において、スクロール流路１３と出口流路１５とを隔てる舌部２５が形成されている。

図３は、図２におけるＡ－Ａ矢視断面図である。すなわち、図３は、ケーシング９を流路接続部２０を含む位置で巻き終わり部１９の延在方向と直交する方向に延在する断面で切断したときのケーシング９の模式的な断面図である。図３及び後述する図４～図７では、後述する接続領域３０におけるスクロール流路１３の中心線ＡＸの延在方向に対して直交する断面である第１断面９ｃを表している。図３は、巻き終わり部１９におけるスクロール流路１３の内側を出口流路１５の下流側から上流側を見た図でもある。なお、図３では、ディフューザ１１の記載を省略している。
図４は、図３における流路接続部２０の近傍を拡大した図であり、後述する接続領域３０の一実施形態について示す図である。
図５は、図３における流路接続部２０の近傍を拡大した図に相当する図であり、接続領域３０の他の実施形態について示す図である。
図６は、図３における流路接続部２０の近傍を拡大した図に相当する図であり、接続領域３０のさらに他の実施形態について示す図である。
図７は、図３における流路接続部２０の近傍を拡大した図に相当する図であり、接続領域３０のさらに他の実施形態について示す図である。
図８は、図２におけるＢ－Ｂ矢視断面図である。

例えば図３及び図８に示すように、幾つかの実施形態では、流路接続部２０は、該流路接続部２０のうち、巻き終わり部１９における遠心圧縮機１の第１内周面１９ａと巻き始め部１７における遠心圧縮機１の第２内周面１７ａとを接続する接続領域３０を備える。以下、幾つかの実施形態に係る接続領域３０について詳述する。

大流量作動点では、巻き始め部１７から巻き終わり部１９にかけて増速流れとなり、巻き始め部１７における圧力は巻き終わり部１９における圧力よりも高くなることから、流路接続部２０での、巻き終わり部１９から巻き始め部１７へ流れる再循環流９５（図４参照）は殆ど生じない。

しかし、小流量作動点では、巻き始め部１７から巻き終わり部１９にかけて減速流れとなり、巻き始め部１７における圧力は巻き終わり部１９における圧力よりも低くなることから、流路接続部２０において巻き終わり部１９から巻き始め部１７への再循環流９５が発生する。この現象によってスクロール流路１３内では剥離損失等が生じる。
すなわち、再循環流９５が巻き終わり部１９から巻き始め部１７へ流入する際に、流路接続部２０において流体の流れの向きが変更されるため、巻き始め部１７においてスクロール流路１３を形成する壁面（第２内周面１７ａ）から流体が剥離すると損失が発生してしまう。

そこで、幾つかの実施形態では、接続領域３０の形態を以下のような形態とすることで、上述したような剥離を抑制するようにしている。
図３～図７に示す幾つかの実施形態では、接続領域３０は、第１内周面１９ａから第２内周面１７ａに向かって向きが変わり始める転向開始部７１と第１内周面１９ａから第２内周面１７ａに向かって向きが変わり終わる転向終了部７３とを有する。なお、第１断面９ｃ上における転向開始部７１を第１転向開始部７１ａとし、第１断面９ｃ上における転向終了部７３を第１転向終了部７３ａとする。また、例えば図４に示すように、第１断面９ｃ上において第１転向開始部７１ａを通過する第１内周面１９ａの接線Ｌ１の延在方向（接線方向）を第１方向Ｄｒ１と呼ぶ。

例えば、図３～６に示す幾つかの実施形態の場合には、転向開始部７１の位置は、後述する仮想接円や仮想接楕円、仮想円、仮想楕円の円弧と、第１内周面１９ａとの交点、又は、該円弧に接続されるように第１内周面１９ａから該円弧に向かって向きが変わり始めた位置であってもよい。同様に、図３～６に示す幾つかの実施形態の場合には、転向終了部７３の位置は、該円弧と第２内周面１７ａとの交点、又は、該円弧に接続されるように第２内周面１７ａから該円弧に向かって向きが変わり始めた位置であってもよい。
また、例えば、図７に示すさらに他の実施形態の場合には、転向開始部７１の位置は、第１内周面１９ａと後述する直線８７の交点、又は、直線８７に接続されるように第１内周面１９ａから直線８７に向かって向きが変わり始めた位置であってもよい。同様に、図７に示すさらに他の実施形態の場合には、転向終了部７３の位置は、直線８７と第２内周面１７ａとの交点、又は、直線８７に接続されるように第２内周面１７ａから直線８７に向かって向きが変わり始めた位置であってもよい。

また、図３～図７に示す幾つかの実施形態では、第１転向開始部７１ａは、スクロール流路１３の最小断面積位置１３ｂ（図３参照）における遠心圧縮機１の軸方向に沿った高さ寸法Ｈａの３０％以上の距離ｈだけ第１転向終了部７３ａから上記第１方向Ｄｒ１に沿って離れた位置に存在する。換言すると、幾つかの実施形態では、少なくとも接続領域３０の一部において、第１転向開始部７１ａと第１転向終了部７３ａとの位置関係が上述した関係となるようにするとよい。なお、図３～図７に示す幾つかの実施形態では、転向開始部７１は、上記高さ寸法Ｈａの５０％以上の距離ｈだけ第１転向終了部７３ａから第１方向Ｄｒ１に沿って離れた位置に存在するとさらによい。

流路接続部２０における接続領域３０では、巻き終わり部１９における第１内周面１９ａから巻き始め部１７における第２内周面１７ａにかけて、スクロール流路１３の内周面１３ａの延在方向が比較的大きく変わる。そのため、第１内周面１９ａに沿って流れる流体が再循環流９５として巻き始め部１７に流入する際、第２内周面１７ａから剥離し易くなる。
これに対して、図３～図７に示す幾つかの実施形態では、第１転向開始部７１ａは、スクロール流路１３の最小断面積位置１３ｂにおける軸方向に沿った高さ寸法Ｈａの３０％以上の距離ｈだけ第１転向終了部７３ａから第１方向Ｄｒ１に沿って離れた位置に存在する。これにより、第１内周面１９ａから第２内周面１７ａにかけて変化するスクロール流路１３の内周面１３ａの向きの変わり方が緩やかになるので、第１内周面１９ａに沿って流れる流体が再循環流９５として巻き始め部１７に流入する際、第２内周面１７ａから剥離し難くなり、剥離に伴う損失を抑制できる。したがって、幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機１において、広い運転範囲で効率を高めることができる。

なお、図３、４に示した一実施形態に係る接続領域３０では、第１転向開始部７１ａにおいて第１内周面１９ａに接し、且つ、第１転向終了部７３ａにおいて第２内周面１７ａに接する仮想接円８１の円弧８１ａによって第１内周面１９ａと第２内周面１７ａとを接続している。なお、仮想接円８１は、真円である。
すなわち、図３、４に示した一実施形態に係る接続領域３０におけるスクロール流路１３の内周面１３ａである接続面３１は、第１断面９ｃにおいて、仮想接円８１の円弧８１ａの一部と一致する。
なお、以下の説明では、スクロール流路１３の中心、すなわち、中心線ＡＸが通過する位置は、上記の仮想的な切断面におけるスクロール流路１３の重心（図心）であるものとする。

図５に示した他の実施形態に係る接続領域３０では、第１転向開始部７１ａにおいて第１内周面１９ａに接し、且つ、第１転向終了部７３ａにおいて第２内周面１７ａに接する仮想接楕円８３の円弧８３ａによって第１内周面１９ａと第２内周面１７ａとを接続している。なお、図５に示した他の実施形態に係る接続領域３０では、仮想接楕円８３の長軸８３ｂは、遠心圧縮機１の径方向を指向しており、短軸８３ｃは、遠心圧縮機１の軸方向を指向している。
すなわち、図５に示した他の実施形態に係る接続領域３０の接続面３１は、第１断面９ｃにおいて、仮想接楕円８３の円弧８３ａの一部と一致する。

図６に示したさらに他の実施形態に係る接続領域３０では、曲率の中心が第１転向開始部７１ａよりも軸方向内側に存在し、曲率半径が上記仮想接円８１の曲率半径よりも大きな仮想円８５の円弧８５ａによって第１転向開始部７１ａと第１転向終了部７３ａとを接続している。
すなわち、図６に示したさらに他の実施形態に係る接続領域３０の接続面３１は、第１断面９ｃにおいて、仮想円８５の円弧８５ａの一部と一致する。
なお、図６に示したさらに他の実施形態に係る接続領域３０では、仮想円８５は、真円であるが、仮想円８５が楕円（仮想楕円）であってもよい。仮想円８５が楕円（仮想楕円）である場合、該仮想楕円の長軸が遠心圧縮機１の径方向を指向し、短軸が遠心圧縮機１の軸方向を指向しているとよい。

図６に示したさらに他の実施形態に係る接続領域３０、及び、後述する図７に示したさらに他の実施形態に係る接続領域３０のように、接続面３１は、必ずしも第１内周面１９ａ及び第２内周面１７ａに対して内接していなくてもよい。接続面３１は、第１内周面１９ａ又は第２内周面１７ａの何れか一方に内接し、他方に内接していなくてもよく、第１内周面１９ａ及び第２内周面１７ａの双方に対して内接していなくてもよい。

図７に示したさらに他の実施形態に係る接続領域３０では、第１転向開始部７１ａと第１転向終了部７３ａとを結ぶ直線によって第１内周面１９ａと第２内周面１７ａとを接続している。
すなわち、図７に示したさらに他の実施形態に係る接続領域３０の接続面３１は、第１断面９ｃにおいて、第１転向開始部７１ａから第１転向終了部７３ａに至る直線８７と一致する。図７に示したさらに他の実施形態に係る接続領域３０の接続面３１を直線部３９とも呼ぶ。

なお、図３、４に示す一実施形態に係る接続領域３０では、上述したように、接続面３１は、第１転向開始部７１ａにおいて第１内周面１９ａに接し、且つ、第１転向終了部７３ａにおいて第２内周面１７ａに接する仮想接円８１の円弧８１ａの一部と一致する。
また、図５に示す他の実施形態に係る接続領域３０では、接続面３１は、第１転向開始部７１ａにて第１内周面１９ａに接し、且つ、第１転向終了部７３ａにおける第２内周面１７ａをスクロール流路１３の延在方向に沿って延長した仮想線８９に接する仮想接円、すなわち、上記仮想接円８１の位置よりも該仮想接円８１の中心Ｏ側の位置に存在する。
図６に示すさらに他の実施形態及び図７に示すさらに他の実施形態に係る接続領域３０では、接続面３１は、上記仮想接円８１の位置よりも該仮想接円８１の中心Ｏ側の位置に存在する。

すなわち、図３～図７に示す幾つかの実施形態では、接続領域３０は、少なくとも第１転向開始部７１ａと第１転向終了部７３ａとの中間位置において、第１転向開始部７１ａにて第１内周面１９ａに接し、且つ、第１転向終了部７３ａにおける第２内周面１７ａをスクロール流路１３の延在方向に沿って延長した仮想線８９に接する仮想接円８１の位置と同じか該位置よりも該仮想接円８１の中心Ｏ側の位置に存在する。
これにより、第１内周面１９ａから第２内周面１７ａにかけて変化するスクロール流路１３の内周面１３ａの向きの変わり方が緩やかになるので、第１内周面１９ａに沿って流れる流体が再循環流９５として巻き始め部１７に流入する際、第２内周面１７ａから剥離し難くなり、剥離に伴う損失を抑制できる。

例えば図５に示した他の実施形態のように、第１転向終了部７３ａは、上記仮想接円８１が上記仮想線８９に接する位置（接点位置）７５よりもスクロール流路１３（巻き始め部１７）の下流側に位置する。
これにより、上記仮想接円８１が上記仮想線８９に接する接点位置７５に第１転向終了部７３ａが設定されている場合と比べて、第１転向終了部７３ａの位置をスクロール流路１３（巻き始め部１７）の下流側に設定できるので、第１内周面１９ａから第２内周面１７ａにかけて変化するスクロール流路１３の内周面１３ａの向きの変わり方が接続面３１においてさらに緩やかになる。したがって、第１内周面１９ａに沿って流れる流体が再循環流９５として巻き始め部１７に流入する際、第２内周面１７ａからさらに剥離し難くなり、剥離に伴う損失をさらに抑制できる。

なお、図６に示したさらに他の実施形態に係る仮想円８５の円弧８５ａの位置をずらすか、仮想円８５の扁平率を変更するか、仮想円８５の曲率半径を変更することで、第１転向終了部７３ａを接点位置７５よりもスクロール流路１３（巻き始め部１７）の下流側にずらすようにしてもよい。
また、図７に示したさらに他の実施形態に係る直線部３９の傾斜角度を変更することで、第１転向終了部７３ａを接点位置７５よりもスクロール流路１３（巻き始め部１７）の下流側にずらすようにしてもよい。

例えば図３～図６に示した幾つかの実施形態のように、接続領域３０が、第１転向開始部７１ａから第１転向終了部７３ａに至る曲線部３３を有していてもよい。
第１転向開始部７１ａと第１転向終了部７３ａとを曲線部３３で接続することで、接続領域３０に沿って通過する流体の損失を抑制できる。

なお、例えば図３～図６に示した幾つかの実施形態のように、接続領域３０が曲線部３３を有している場合、第１転向開始部７１ａから第１転向終了部７３ａに向かうにつれて該曲線部３３の曲率半径が漸増するようにしてもよい。例えば図５に示した他の実施形態では、仮想接楕円８３の円弧８３ａによって第１内周面１９ａと第２内周面１７ａとを接続している。この場合において、図５に示すように、仮想接楕円８３の中心Ｏ１よりも軸方向下流側の円弧８３ａと短軸７３ｃとの交点Ｐ１が第１転向終了部７３ａよりもスクロール流路１３（巻き始め部１７）の下流側に位置していれば、仮想接楕円８３の円弧８３ａは、第１転向開始部７１ａから第１転向終了部７３ａに向かうにつれて曲率半径が漸増する。

これにより、第１内周面１９ａから第２内周面１７ａにかけて変化するスクロール流路１３の内周面１３ａの向きの変わり方が第２内周面１７ａに向かうにつれて緩やかになる。これにより、第１内周面１９ａに沿って流れる流体が再循環流９５として巻き始め部１７に流入する際、第２内周面１７ａからさらに剥離し難くなり、剥離に伴う損失をさらに抑制できる。

例えば図７に示したさらに他の実施形態のように、接続領域３０が、第１転向開始部７１ａから第１転向終了部７３ａに至る少なくとも一部の領域において直線部３９を有していてもよい。
第１転向開始部７１ａと第１転向終了部７３ａとの間の少なくとも一部の領域を直線部３９で接続することで、第１転向開始部７１ａと第１転向終了部７３ａとの間で接続面３１に沿った距離（沿面距離）を短くすることができ、接続領域３０に沿って通過する流体の損失を抑制できる。

なお、上述した幾つかの実施形態では、第１断面９ｃ、すなわち、図３～６における紙面上に現れた断面において、曲線部３３の曲率は、仮想接楕円８３の円弧８３ａとは異なる曲線となるように、曲率半径が第１転向開始部７１ａと第１転向終了部７３ａとの間の位置によって異なっていてもよい。すなわち、第１断面９ｃに現れる曲線部３３の形状は、指数関数で表される曲線の形状であってもよく、第１転向開始部７１ａから第１転向終了部７３ａに向かうにつれて曲率半径が増減してもよい。
また、上述した幾つかの実施形態では、第１断面９ｃ、すなわち、図７における紙面上に現れた断面において、直線部３９は、延在方向の異なる２以上の直線が連なっていて、第１転向開始部７１ａと第１転向終了部７３ａとの間で屈曲点を有していてもよい。
また、図７に示したさらに他の実施形態では、第１転向開始部７１ａにおいて第１内周面１９ａと直線部３９とを円弧等の曲線で接続してもよい。同様に、図７に示したさらに他の実施形態では、第１転向終了部７３ａにおいて直線部３９と第２内周面１７ａとを円弧等の曲線で接続してもよい。

以下、図８も参照しながら、幾つかの実施形態に係る接続領域３０について、さらに説明する。図８は、図２におけるＢ－Ｂ矢視断面図、すなわち、巻き終わり部１９の延在方向と略同じ方向に延在し、且つ、遠心圧縮機１の軸方向に延在する断面でケーシング９を切断したときのケーシング９の模式的な断面図である。図８では、巻き終わり部１９におけるスクロール流路１３の内側を遠心圧縮機１の径方向外側から見た図でもある。

図８に示すように、幾つかの実施形態に係る流路接続部２０では、開口部２１は、スクロール流路１３の延在方向（周方向）に沿った一部の区間に設けられている。幾つかの実施形態に係る流路接続部２０では、接続領域３０は、開口部２１を取り囲む開口形成部２３に存在している。幾つかの実施形態に係る流路接続部２０では、接続領域３０は、巻き終わり部１９（第１内周面１９ａ）を遠心圧縮機１の径方向外側から見たときに、舌部２５よりも軸方向上流側及び軸方向下流側の領域が巻き終わり部１９におけるスクロール流路１３の中心線ＡＸの延在方向に沿って延在する。
また、幾つかの実施形態に係る流路接続部２０では、接続領域３０は、舌部２５よりも軸方向上流側、且つ、流路上流側において、スクロール流路１３の中心線ＡＸの延在方向に沿った最も下流側から上流側（流路上流側）に向かうにつれて、初めは遠心圧縮機１の軸方向上流側に向かい、最も軸方向上流側の位置Ｐ３に達した後は、軸方向下流側に向かうように延在している。

例えば図４に示すように、第１断面９ｃにおける第１転向開始部７１ａと第１転向終了部７３ａとを結ぶ直線Ｌの距離をａ１とし、該直線Ｌから最も離れた接続領域上の位置Ｐ５までの距離をａ２とする。幾つかの実施形態に係る接続領域３０では、距離ａ１と距離ａ２との比（ａ２／ａ１）は、中心線ＡＸの延在方向に沿った下流側から上流側に向かうにつれて小さくなる領域を含む。

上述したように、接続領域３０は、巻き終わり部１９を遠心圧縮機１の径方向外側から見たときに、巻き終わり部１９におけるスクロール流路１３の中心線ＡＸの延在方向に沿って延在する。
発明者らが鋭意検討した結果、接続領域３０のうち該延在方向に沿った下流側の領域から巻き始め部１７に流入する流体よりも、接続領域３０のうち該延在方向に沿った上流側の領域から巻き始め部１７に流入する流体の方が巻き始め部１７において剥離が発生し易いことが判明した。
上述した幾つかの実施形態によれば、上記比（ａ２／ａ１）が、スクロール流路１３の中心線ＡＸの延在方向に沿った下流側から上流側に向かうにつれて小さくなる領域を含むので、該延在方向に沿って下流側から上流側に向かうにつれて、第１内周面１９ａから第２内周面１７ａにかけて変化するスクロール流路１３の内周面１３ａの向きの変わり方が緩やかになる領域が存在する。
したがって、上述した幾つかの実施形態によれば、剥離の発生を効果的に抑制できる。

また、幾つかの実施形態に係る流路接続部２０では、上記比（ａ２／ａ１）は、接続領域３０のうち、舌部２５の位置よりもスクロール流路１３の上流側の領域ＲＥａにおいて最小値をとる。

上述したように、接続領域３０のうちスクロール流路１３の中心線ＡＸの延在方向に沿った下流側の領域から巻き始め部１７に流入する流体よりも、接続領域３０のうち該延在方向に沿った上流側の領域から巻き始め部１７に流入する流体の方が上述した剥離が発生し易い。
上述した幾つかの実施形態によれば、上記比（ａ２／ａ１）が、上記領域ＲＥａにおいて最小値をとるので、領域ＲＥａにおいて、第１内周面１９ａから第２内周面１７ａにかけて変化するスクロール流路１３の内周面１３ａの向きの変わり方が緩やかになる。
したがって、上述した幾つかの実施形態によれば、剥離の発生を効果的に抑制できる。

また、幾つかの実施形態に係る流路接続部２０では、上記比（ａ２／ａ１）は、接続領域３０のうち、最も軸方向上流側の位置Ｐ３よりも流路上流側の領域ＲＥｕにおいて最小値をとる。なお、幾つかの実施形態では、領域ＲＥｕは、開口形成部２３のうち、開口部２１に対して軸方向上流側に位置する領域のうち、上記位置Ｐ３よりも流路上流側の領域である。

上述したように、幾つかの実施形態に係る接続領域３０は、舌部２５から流路上流側に向かうにつれて、初めは遠心圧縮機１の軸方向上流側に向かい、最も軸方向上流側の位置Ｐ３に達した後は、軸方向下流側に向かうように延在している。
また、上述したように、接続領域３０のうち流路下流側の領域から巻き始め部１７に流入する流体よりも、接続領域３０のうち流路上流側の領域から巻き始め部１７に流入する流体の方が上述した剥離が発生し易いが、巻き始め部１７におけるスクロール流路１３内で剥離による損失が最も高い領域は、上述した位置Ｐ３よりも流路上流側の位置において接続領域３０を通過した流体、すなわち領域ＲＥｕを通過した流体が到達する領域である。
したがって、上記比（ａ２／ａ１）が、上述した領域ＲＥｕにおいて最小値をとるように接続領域３０を設けることで、接続領域３０のうち、剥離による損失が比較的高くなる領域に流入する流体が通過する領域（領域ＲＥｕ）において、第１内周面１９ａから第２内周面１７ａにかけて変化するスクロール流路１３の内周面１３ａの向きの変わり方を一層緩やかにすることができる。これにより、剥離の発生を効果的に抑制できる。

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。

１ 遠心圧縮機
９ コンプレッサハウジング（ケーシング）
１３ スクロール流路
１５ 出口流路
１７ 巻き始め部
１７ａ 第２内周面
１９ 巻き終わり部
１９ａ 第１内周面
２０ 流路接続部
２５ 舌部
３０ 接続領域
３１ 接続面
７１ 転向開始部
７３ 転向終了部

Claims (12)

1. 渦巻き状に形成されたスクロール流路が設けられた遠心圧縮機のスクロール構造において、
   前記スクロール流路の巻き始め部と巻き終わり部とが交差する流路接続部のうち、前記巻き終わり部における前記遠心圧縮機の第１内周面と前記巻き始め部における前記遠心圧縮機の第２内周面とを接続する接続領域を備え、
   前記接続領域は、前記第１内周面から前記第２内周面に向かって向きが変わり始める転向開始部と前記第１内周面から前記第２内周面に向かって向きが変わり終わる転向終了部とを有し、
   前記接続領域における前記スクロール流路の中心線の延在方向に対して直交する断面を第１断面、前記第１断面上における前記転向開始部を第１転向開始部、前記第１断面上における前記転向終了部を第１転向終了部、前記第１断面上において前記第１転向開始部を通過する前記第１内周面の接線方向を第１方向、とした場合に、
   前記第１転向開始部は、前記スクロール流路の最小断面積位置における前記遠心圧縮機の軸方向に沿った高さ寸法の３０％以上の距離だけ前記第１転向終了部から前記第１方向に沿って離れた位置に存在するとともに、
   前記接続領域は、前記第１転向開始部から前記第１転向終了部に至る曲線部を有する
   遠心圧縮機のスクロール構造。
2. 渦巻き状に形成されたスクロール流路が設けられた遠心圧縮機のスクロール構造において、
   前記スクロール流路の巻き始め部と巻き終わり部とが交差する流路接続部のうち、前記巻き終わり部における前記遠心圧縮機の第１内周面と前記巻き始め部における前記遠心圧縮機の第２内周面とを接続する接続領域を備え、
   前記接続領域は、前記第１内周面から前記第２内周面に向かって向きが変わり始める転向開始部と前記第１内周面から前記第２内周面に向かって向きが変わり終わる転向終了部とを有し、
   前記接続領域における前記スクロール流路の中心線の延在方向に対して直交する断面を第１断面、前記第１断面上における前記転向開始部を第１転向開始部、前記第１断面上における前記転向終了部を第１転向終了部、前記第１断面上において前記第１転向開始部を通過する前記第１内周面の接線方向を第１方向、とした場合に、
   前記第１転向開始部は、前記スクロール流路の最小断面積位置における前記遠心圧縮機の軸方向に沿った高さ寸法の３０％以上の距離だけ前記第１転向終了部から前記第１方向に沿って離れた位置に存在するとともに、
   前記接続領域は、前記第１転向開始部と前記第１転向終了部とを結ぶ直線Ｌの距離ａ１と該直線Ｌから最も離れた前記接続領域上の位置までの距離ａ２との比（ａ２／ａ１）が、前記スクロール流路の中心線の延在方向に沿った下流側から上流側に向かうにつれて小さくなる領域を含む
   遠心圧縮機のスクロール構造。
3. 渦巻き状に形成されたスクロール流路が設けられた遠心圧縮機のスクロール構造において、
   前記スクロール流路の巻き始め部と巻き終わり部とが交差する流路接続部のうち、前記巻き終わり部における前記遠心圧縮機の第１内周面と前記巻き始め部における前記遠心圧縮機の第２内周面とを接続する接続領域を備え、
   前記接続領域は、前記第１内周面から前記第２内周面に向かって向きが変わり始める転向開始部と前記第１内周面から前記第２内周面に向かって向きが変わり終わる転向終了部とを有し、
   前記接続領域における前記スクロール流路の中心線の延在方向に対して直交する断面を第１断面、前記第１断面上における前記転向開始部を第１転向開始部、前記第１断面上における前記転向終了部を第１転向終了部、前記第１断面上において前記第１転向開始部を通過する前記第１内周面の接線方向を第１方向、とした場合に、
   前記第１転向開始部は、前記スクロール流路の最小断面積位置における前記遠心圧縮機の軸方向に沿った高さ寸法の３０％以上の距離だけ前記第１転向終了部から前記第１方向に沿って離れた位置に存在するとともに、
   前記接続領域は、前記第１転向開始部から前記第１転向終了部に至る少なくとも一部の領域において、前記第１転向開始部に連なる曲線部を有する
   遠心圧縮機のスクロール構造。
4. 前記接続領域は、少なくとも前記第１転向開始部と前記第１転向終了部との中間位置において、前記第１転向開始部にて前記第１内周面に接し、且つ、前記第１転向終了部における前記第２内周面を前記スクロール流路の延在方向に沿って延長した仮想線に接する仮想接円の位置と同じか該位置よりも該仮想接円の中心側の位置に存在する
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の遠心圧縮機のスクロール構造。
5. 前記第１転向終了部は、前記第１転向開始部にて前記第１内周面に接し、且つ、前記第１転向終了部における前記第２内周面を前記スクロール流路の延在方向に沿って延長した仮想線に接する仮想接円が前記仮想線に接する位置よりも前記スクロール流路の下流側に位置する
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の遠心圧縮機のスクロール構造。
6. 前記接続領域は、前記第１転向開始部から前記第１転向終了部に至る曲線部を有する
   請求項２に記載の遠心圧縮機のスクロール構造。
7. 前記曲線部は、前記第１転向開始部から前記第１転向終了部に向かうにつれて曲率半径が漸増する
   請求項１又は６に記載の遠心圧縮機のスクロール構造。
8. 前記接続領域は、前記第１転向開始部から前記第１転向終了部に至る少なくとも一部の領域において直線部を有する
   請求項２又は３に記載の遠心圧縮機のスクロール構造。
9. 前記接続領域は、前記第１転向開始部と前記第１転向終了部とを結ぶ直線Ｌの距離ａ１と該直線Ｌから最も離れた前記接続領域上の位置までの距離ａ２との比（ａ２／ａ１）が、前記スクロール流路の中心線の延在方向に沿った下流側から上流側に向かうにつれて小さくなる領域を含む
   請求項１又は３に記載の遠心圧縮機のスクロール構造。
10. 前記比（ａ２／ａ１）は、前記接続領域のうち、舌部の位置よりも前記スクロール流路の上流側の領域において最小値をとる
    請求項９に記載の遠心圧縮機のスクロール構造。
11. 前記比（ａ２／ａ１）は、前記接続領域のうち、最も前記軸方向上流側の位置よりも前記スクロール流路の上流側の領域において最小値をとる
    請求項９又は１０に記載の遠心圧縮機のスクロール構造。
12. 請求項１乃至１１の何れか一項に記載の遠心圧縮機のスクロール構造を備える
    遠心圧縮機。
    

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