JP2012202323A - 遠心圧縮機のスクロール形状 - Google Patents

Abstract

【課題】スクロール部の断面積を舌部からスクロール部の周方向任意の角度まで漸次拡大させて、任意角度からスクロール部の巻き終りまでの前記断面積の拡大比率を減少させることにより、流体の速度特性が上側凸の曲線になるようにして、スクロール内で流体の流れを減速させる部分と増速させる部分を作り、十分な静圧回復ができるようにして、遠心圧縮機としての高い効率、高い圧力を得られるようにする。
【解決手段】遠心圧縮機のスクロール形状において、スクロール部の断面積と、コンプレッサインペラの軸心Ｌ１からスクロール部断面の図芯までの半径との比の拡大比率がスクロール部の巻き始めから巻き終りまで減少させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンプレッサインペラの回転によって、該コンプレッサインペラの外周部に渦巻形状に形成された流路を構成するスクロール部を備えた遠心圧縮機に関し、スクロール部において流体（気体）の静圧を回復させるスクロール形状に関する。

遠心圧縮機は広い運転範囲において高圧力、高効率化であることが求められている。
図７は、遠心圧縮機におけるコンプレッサインペラの回転軸心上半分の要部拡大断面図を示している。
遠心圧縮機のコンプレッサ１は、主に回転するハブ３１及びその外周面に取付けられた多数の遠心羽根３２で構成されているコンプレッサインペラ３と、該コンプレッサインペラ３の回転駆動源と連結したシャフト２と、それらを収納すると共に、流体の流路を形成するコンプレッサハウジング１１と、で構成されている。
コンプレッサハウジング１１は、コンプレッサインペラ３の外周側に略ドーナツ状を成して、コンプレッサインペラ３から吐出される流体を減速させることによって、静圧を回復させるディフューザ部１３、その外周側に、断面積が周方向に向かい渦巻状に拡大するように形成され、全周にわたって気体を集めるスクロール部１２及び出口管（図示省略）が設けられている。

コンプレッサインペラ３が回転すると、遠心羽根３２が空気通路１５から導入したガスや空気等の流体を圧縮する。こうして形成された流体の流れ（流体）は、コンプレッサインペラ３の外周端からディフューザ部１３及びスクロール部１２を通って出口管から外部へ送出される。

図８は、スクロール部１２の平面視の一例を示す概略図である。
スクロール部１２は、スクロール終点（図８の３６０°）を０基準にして、時計回りに６０°の位置から３０°毎に位置を決めた半径Ｒ（スクロール部１２断面の図芯Ｐ_０とシャフト２の軸心Ｌ１）分布は一定になっている。
図９（Ａ）には、横軸に周方向毎の角度位置を示し、縦軸にスクロール部１２のコンプレッサ回転軸の軸心Ｌ１からスクロール断面の図芯Ｐまでの半径Ｒを示し、半径Ｒの分布は一定になっていることを示している。
また、図９（Ｂ）は、図８において時計回りに６０°の位置を基準にしたスクロール部１２の周方向位置毎（３０°毎）における各断面を積層して表示した断層図で、スクロール断面の図芯Ｐ_０の半径Ｒ方向の変化を表わしたものである。
スクロール部１２には、スクロール部１２の略全周にわたりコンプレッサインペラ３からの流体（気体）がディフューザ部１３を介して流入するので、スクロール部１２の各断面積は流体の流入量に応じて流体が流れる方向に沿って一定の比率χで大きくなっている。
そして、スクロール部１２の断面積の拡大比率χ（一定比率）とディフューザ部１３からスクロール部１２内への流体流入量の増大率のバランスが合ったときにスクロール内の流体速度が一定になる。

スクロールの形状を変化させた従来技術として、特開２０１０−２０９８２４号公報（特許文献１）が開示されている。
特許文献１は、流体ガスを動翼に供給して動力を得るタービンの動翼の回転軸周りに渦巻状に形成された流路を備えたスクロール部の断面形状が角丸四角形状から円形状に移行しながら断面積が漸減する第一移行部を有し、該第一移行部の角部の曲率半径は実質的に同一の大きさに構成されている。
そして、第一移行部を形成したことにより、スクロール断面を大きくできる位相では角丸四角形状とし、スクロール断面を大きくできない位相では円形状として、各位相において十分な流路断面積を確保すると共に、流体の圧力損失を低減することができる技術開示がなされている。

特開２０１０−２０９８２４号公報

しかし、特許文献１の技術においては、流体ガスを動翼に供給して膨張しながら動力を得るタービンのスクロール形状であり、流体（気体）を圧縮する本願の場合とでは流体の流れ方、及び性質が異なる。
従って、スクロール形状の考え方も異なるものである。
また、遠心圧縮機は広範囲で高出力比、高効率化であることが求められている。
圧縮機から流出する流体が速度を持つ場合、動圧力の上昇は得られるものの静圧力の上昇が得られ難いため圧力比及び効率が低下する。そのため、圧縮機内で速度を落とすことが求められる。ディフューザ部では流体の速度を落とすことで圧力を回復するが、スクロール部の各部位の断面において、流体の速度はスクロールの内側及び外側では流体速度がかわり、正確な流量及び速度を求め難い。
また、スクロール部で流体の減速を行う場合には、スクロール部の断面の大きさを線形的（一定比率）で増加させることが考えられる。この場合は流れ方向に一定の減速を与えており流体とスクロール部壁面との間の境界層が厚くなり静圧回復が十分に得られないと共に、サージングの発生による作動範囲の縮小や過給効率の低下の不具合をまねく。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、スクロール部の断面積を舌部からスクロール部の周方向の任意の角度まで前記断面積の拡大比率をスクロール部を流れる流体の流入量増大に応じた拡大比率より漸次拡大させその後、任意角度からスクロール部の巻き終りまでの前記断面積の拡大比率を減少させることにより、スクロール内で流体の流れを減速させる部分と増速させる部分を作り、十分な静圧回復ができるようにして、遠心圧縮機としての高い効率、高い圧力を得られるようにすることを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するため、遠心圧縮機のコンプレッサインペラの下流側に配設されたディフューザ部から吐出されたガス又は空気等の流体の流路を形成する遠心圧縮機のスクロール形状において、
スクロール部の断面積Ａと、前記コンプレッサインペラの軸心からスクロール部断面の図芯までの半径Ｒとの比Ａ／Ｒの前記スクロール角度の増大に伴う拡大比率が前記スクロール部の巻き始めから巻き終りまでを減少させるようにしたことを特徴とする。

また、本発明において好ましくは、前記比Ａ／Ｒは、前記スクロール部断面を半径一定ｒｉの帯状領域の断面積Ａｉに分割し、半径ｒｉと断面積Ａｉとの比Ａｉ／ｒｉの総和として算出するようにするとよい。

このような構成により、スクロール断面が図芯を中心にしてラジアル方向に対称形状にならない場合が多く、外周側と内周側では流体の速度が異なるが、そのような場合でも、精度の高い流体の体積流量を算出するようにして、流体速度を減速させて、圧力の回復を得ると共に、スクロール巻き終り付近の流体速度を増速させて、スクロール部壁面と流体との境界層の発達を防ぎ、損失の低減（流量抵抗の減少、圧力比向上）と流れの安定化を図ることができる。

また、本発明において好ましくは、前記スクロール部の断面積を前記スクロール部の舌部から前記スクロール部の巻き方向任意の角度まで漸次拡大させて、前記流体の速度を減少させる減速領域と、前記任意の角度から前記スクロール部の巻き終りまでの前記断面積の拡大比率を前記減速領域より減少させることにより前記流体の速度を増加させる増速領域とを備えるとよい。

このような構成により、スクロール巻き始めから任意角度までスクロール部の断面積の拡大比率が前記スクロール部を流れる流体の流入量の増大に応じた拡大比率より大きく維持させることで流体速度を減速させて、圧力の回復を得ると共に、任意角度からスクロール巻き終り付近の断面積拡大比率が前記スクロール部を流れる流体の流入量の増大に応じた拡大比率より小さくすることにより、流体速度を増速させて、スクロール部壁面と流体との境界層の発達を防ぎ、損失の低減（流量抵抗の減少、圧力比向上）と流れの安定化を図ることができる。

更に、本発明において好ましくは、前記スクロール部の巻き始めから巻き終わりを右側に行くに連れ増加する横軸と、スクロール半径Ｒと断面積Ａとの比Ａ/Ｒが上部に行くに連れ増加する縦軸とを有する座標軸に、スクロール断面のＡ/Ｒの分布を表示した時に、Ａ/Ｒの分布が上に凸形状となるとよい。

スクロール部の巻き方向を横軸に、スクロール半径Ｒと断面積Ａとの比Ａ/Ｒを縦軸にした座標軸において、Ａ/Ｒが凸形状となる流体速度特性曲線にすることにより、凸形状の頂部までを圧力の回復範囲とし、頂部から拡大比率を減少させた範囲を流体速度増速範囲とするような特性にすることにより、スクロール部壁面と流体との境界層の発達を防ぎ、損失の低減（流量抵抗の減少、圧力比向上）効果を得ることができる。

また、本発明において好ましくは、前記任意の角度は前記スクロール巻き終りを０（ゼロ）基準としてスクロール内の流体が流れる方向に３００〜３３０°の領域とするとよい。

このような構成により、流体速度を減速させて、圧力回復領域を可能な限り大きくすると共に、スクロール終点部までの流体を加速させるための最小限必要な領域を確保して、遠心圧縮機としての効率及び、圧縮比を向上させる

また、本発明において好ましくは、前記舌部近傍の前記スクロール部断面積の拡大比率を、前記減速領域より小さくするとよい。

このような構成により、舌部近傍では、舌部による流体の剥離が発生するので、当該部の断面積を漸次拡大部分の比率より小さくして、剥離に起因する流体流量損失を低減し、遠心圧縮機としての効率及び、圧縮比を向上させると共に、作動レンジの拡大をはかる。

また、本発明において好ましくは、前記舌部近傍の断面積を前記減速領域の比率より小さくする領域は、前記舌部からスクロール方向に略３０°〜６０°とするとよい。

このような構成により、舌部による流体の剥離の影響を受けない領域を求め、流体速度を減少させる圧力回復領域を可能な限り大きくして、遠心圧縮機の性能向上を図る。

また、本発明において好ましくは、前記スクロール部を流れる流体速度を減少させるため、前記スクロール部の断面積の拡大比率は一定にして、前記断面の図芯と前記スクロール部中心との半径を変化させるとよい。

また、本発明において好ましくは、前記スクロール部を流れる流体速度を減少させるため、前記スクロール部断面の図芯と前記スクロール部中心との半径を一定にして、前記断面積の拡大比率を変化させるとよい。

スクロール部の断面積を舌部からスクロール部の周方向任意の角度まで漸次拡大させて、任意角度からスクロール部の巻き終りまでの前記断面積の拡大比率を減少させることにより、スクロール部内で流体の流れを減速させる部分と増速させる部分を作り、十分な静圧回復ができるようにして、遠心圧縮機としての高い効率、高い圧力を得られる。

本発明の第１実施形態に係るスクロール部形状図を示す。 本発明の第１実施形態に係るスクロール部断面形状を示す。 （Ａ）は本発明の第１実施形態におけるスクロール周方向の各部位における断面を積層した断層図を示し、（Ｂ）はスクロール各部位におけるＡ/Ｒの従来との比較図を示す。（Ｃ）はスクロール各部位における断面積拡大比率（ｄ(A/R)/ｄθ）の従来との比較図を示す。 （Ａ）は本発明の第２実施形態におけるスクロール周方向の各部位における断面を積層した断層図を示し、（Ｂ）はスクロール各部位におけるＡ/Ｒの従来との比較図を示す。（Ｃ）はスクロール各部位における断面積拡大比率（ｄ(A/R)/ｄθ）の従来との比較図を示す。 （Ａ）は本発明の第３実施形態におけるスクロール周方向の各部位における断面を積層した断層図を示し、（Ｂ）はスクロール各部位におけるＡ/Ｒの従来との比較図を示す。（Ｃ）はスクロール各部位における断面積拡大比率（ｄ(A/R)/ｄθ）の従来との比較図を示す。 （Ａ）は本発明の第４実施形態におけるスクロール周方向の各部位における断面を積層した断層図を示し、（Ｂ）はスクロール各部位におけるＡ/Ｒの従来との比較図を示す。（Ｃ）はスクロール各部位における断面積拡大比率（ｄ(A/R)/ｄθ）の従来との比較図を示す。 本発明の遠心圧縮機におけるコンプレッサインペラの回転軸心上半分の要部拡大断面図を示す。 遠心圧縮機のスクロール形状図を示す。 （Ａ）は従来技術におけるスクロール周方向の各部位における半径を示し、（Ｂ）はスクロールの各部位における断面を積層した断層図を示す。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。
但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（第１実施形態）
図７に示すように、本発明のスクロールは、流体の流路として、コンプレッサインペラ３の外周側に略ドーナツ状を成して、コンプレッサインペラ３から吐出される流体（気体）を減速させることによって、静圧を回復させるディフューザ部１３、その外周側に、断面積が巻き方向（流体が流れる方向）に向かい渦巻状に拡大するように形成され、流体を減速、昇圧するスクロール部１２及び出口管（図示省略）が設けられている。

コンプレッサインペラ３が回転すると、遠心羽根３２が空気通路１５から導入したガスや空気等の流体を圧縮する。こうして形成された流体（気体）の流れは、コンプレッサインペラ３の外周端からディフューザ部１３及びスクロール部１２を通って出口管から外部へ送出される。

図１、図２及び、図３（Ａ），（Ｂ）、（Ｃ）に基づいて、本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機のスクロール形状について説明する。
図１は、スクロール部１２を平面視したものである。
スクロール形状は、スクロール部１２のラジアル方向断面は略円形をしており、該断面の面積はスクロール部終点Ｚ（３６０°）を０基準として、巻き方向に６０°の位置からスクロール部終点Ｚまでの間、渦巻状に漸次拡大している。（以後、「スクロール部断面」はスクロール部１２内の空気体路の軸線に対して直角方向の断面とする。）
また、図１の巻き方向の略６０°位置付近には、スクロール部１２の巻き始め位置に略一致する部位で且つ、ディフューザ部１３から突出される流体とスクロールを流れてきた流体との隔壁端縁である舌部５が配設されている。

そして、スクロール部１２には、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、流体の速度を落として、静圧を回復する減速領域αと、流体の速度を上げて，流動の安定化を図る増速領域βとを有している。
通常、スクロール部１２内を流れる流体(気体)は角運動量が一定であることを条件として以下の式が多用されている。

Ｖθ×ｒ＝一定・・・・・・・・（１）
Ｖθ：周方向速度
ｒ：半径（インペラ外形）

ところが、スクロール部１２の各部位における断面の内側と外側とでは、流体の速度が（１）式からも明らかなように、内側の方が、外側より速くなっている。
従って、スクロール部１２内を流れる流体の体積流量Ｑは断面の大きさ（形状）とスクロールの半径を考慮する必要がある。
そのため、図２に示すようにスクロール断面を半径一定ｒｉの帯状の領域（断面積Ａｉ）に分割して（１）式より体積流量Ｑは次式で求められる。

一方、（１）式からＶθｉ×ｒｉ＝Ｖθ×ｒが成立する。

（３）を（２）に代入すると

（４）式からＶθｒはコンプレッサインペラ３から吐出される流体のディフューザ１３外周部における速度を示し、ディフューザ１３の外周部全域において同じ速度なので、
定数（設計時に決まる）とみなすことができる。
従って、

はスクロールの各断面形状に沿った面積を考慮した値となる。
そこで、

と置替えると、（４）の体積流量Ｑは

Ｑ＝Ｖθ・ｒ・Ａ／Ｒ ・・・・・・（５）

として表わせる。スクロールの各断面を通過する流量Ｑは各断面において一定とすると、流速はその半径Ｒの比Ａ／Ｒによって決まり、Ａ／Ｒが大きいと流速は減少する。
また、Ｒが一定でＡを小さくすると、そこを流れる流体の速度は増大する。

そして、図３（Ａ）は、本実施形態における巻き方向（流体の流れる方向）の各部位におけるスクロール部断面を積層して表示した断層図で、Ａ／Ｒの断面積拡大比率を変えた場合の分布を示し、図１に示すスクロールの周方向の各部位θ１、θ２、θ３、θ４、θ５及び、θ6までの断面を積層したものである。
スクロール部１２には、スクロール部１２の略全周にわたりコンプレッサインペラ３からの流体（気体）がディフューザ部１３を介して流入する。
従って、本実施形態では、スクロール部１２の各断面におけるＡ／Ｒを、スクロール角度の増大に伴う断面積拡大比率(ｄ(Ａ/Ｒ)/ｄθ)がスクロール部１２を流れる流体の流入量に応じた従来スクロール設計に基づく一定の拡大比率を基準比率χ（閾値）にして、断面積拡大比率を増減させて調整するものである。
各層間の間隔の大きさが面積拡大比率の大きさを表わしている。
図３（Ｂ）に横軸にスクロールの巻き方向の角度を示すθと、縦軸に断面積の大きさを表わすＡ／Ｒの比を示し、Ａ／Ｒの変化と共に流体が減速および増速する流体の減速特性である流体速度特性曲線Ｅを示す。

同様に図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）における縦軸Ａ/Ｒを断面での断面積拡大率(ｄ(Ａ/Ｒ)/ｄθ)として著したものである。
従来スクロール設計に基づくとＡ/Ｒは、一定比率で増加するので、図３（Ｂ）では、従来データは、右上がりの直線で示され、図３（Ｃ）では、横軸に並行な一定値で示される。
θ１（６０°）から３００°までを減速領域αとし、図１ではθ１からθ５までとなっており、この間の断面積拡大比率をφとし図3(Ｃ)にて一定値で示される破線である基準比率χ（閾値）より大きくして、流体速度を減速させて静圧力の回復を図る。
３００°からスクロール巻き終り３６０°までを増速領域βとし、この間の断面積拡大比率ωを断面積拡大比率χより小さくして流体を増速させる。
従って、断面積拡大比率(ｄ(Ａ/Ｒ)/ｄθ)はφ＞χ＞ωの順に成る。
また、従来の基準比率χ（破線）に対してスクロール巻き方向６０°〜３００°の間でＡ／Ｒの断面積拡大比率φをχに大きくすることにより、断面積拡大に伴いスクロール部１２内の流体は減速し〔式（５）の説明に基づく〕、３００°〜３６０°（スクロール巻き終り）の間でＡ／Ｒの断面積拡大比率ωをχより小さくすることで、流体を増速させ、図３（Ｂ）に示すように、流体速度特性曲線Ｅはその特性が上方へ凸となる減速特性となり、スクロール部１２内に静圧回復部と、増速部とが形成される。

なお、図3(Ｃ)に示す断面積拡大比率(ｄ(Ａ/Ｒ)/ｄθ)の傾向で表現すると、断面積拡大比率(ｄ(Ａ/Ｒ)/ｄθ)は、スクロール部の巻き始めから巻き終わりまで右減少下がりの減少傾向を示す。
図３(Ｃ）の従来と記載した一定値の基準比率χより値の大きいスクロール角度60°から３００°までが、減速領域で、値の小さい３００°から３６０°までが増速領域となる。
尚、減速領域αのθ１（６０°）から３００°及び、増速領域βの３００°からスクロール巻き終り３６０°の数値はこれに限定するものではない。
また、スクロール巻き終り部（３６０°）の流体速度を増速させる部分を３０°としたのは、Ａ／Ｒが大きくなる領域を大きくして、流体の静圧回復を可能な限り高くするためである。
従って、形状等の制約から流体速度を増速させる部分を巻き終わり前の３０°〜６０°（３００°〜３６０°）位の領域に設定しても略同等の効果が得られる。

スクロール巻き始めから３００°（任意角度）までのスクロール部１２の断面積拡大比率φをχより大きくとることで流体速度を減速させて、圧力の回復を得ると共に、スクロール巻き終り付近の断面積拡大比率ωを断面積拡大比率χより小さくすることにより流体速度を増速させて、スクロール部１２壁面と流体との境界層の発達を防ぎ、損失の低減（流量抵抗の減少、圧力比向上）と流れの安定化を図ることができる。

（第２実施形態）
本実施形態について、図４に基づいて説明する。
尚、本実施形態において、遠心圧縮機のコンプレッサインペラ３の下流側に配設されたディフューザ部１３から吐出されたガス又は空気等の流体の流路を形成するスクロール部１２の形状以外の基本形状は第１実施形態と同じなので、スクロール部１２だけを説明することにして、他は省略する。
また、同じ用語には同一の符号を付し、説明を省略する。
図４（Ａ）は、本実施形態における、図１に示すスクロールの巻き方向（流体の流れる方向）の各部位θ１、θ２、θ３、θ４、θ５及び、θ6までのスクロール部断面を積層して表示した断層図で、Ａ／Ｒの図芯半径Ｒを変える場合を示し、θ１（６０°）から３００°までをＡ／Ｒの減速領域γとなっており、３００°からスクロール巻き終り３６０°までを増速領域δが形成されている。

図４（Ａ）のＰ_０は各スクロール部１２の断面の図芯を示し、山形状の実線は各スクロール部断面の図芯Ｐ_０位置の変化を示している。また、図４（Ｂ）に横軸にスクロールの巻き方向の角度θを示し、縦軸にＡ／Ｒを示し、Ａ／Ｒの増大変化と共に流体の速度が減少する流体速度特性曲線Ｆを示す。
これは既述の通り、スクロール部１２には、スクロール部１２の略全周にわたりコンプレッサインペラ３からの流体（気体）がディフューザ部１３を介して流入する。
従って、本実施形態では、スクロール部１２の各断面におけるＡ／Ｒを流体が流れる方向（巻き方向）に沿って式（５）のＱ＝Ｖθ・ｒ・Ａ／Ｒに基づいて断面積拡大比率を基準比率χより大きくとることで流体を減速させると共に、式（１）のＶθ×ｒ＝一定に基づいて図芯Rを拡大させることで減速させる効果も含めたものである。

本実施形態においては、半径が拡大するθ１（６０°）〜３００°までが減速領域（γ）となっており、断面積拡大比率を基準拡大比率χより大きくとった領域とほぼ対応する。本実施形態における流体速度特性曲線Ｆはスクロール部１２の流体の流れる方向（巻き方向）に沿って流体が減速および増速する曲線（図４（Ｂ）において上に凸の曲線）となる。
これは、半径Ｒの増大による減速（式（１）に基づく）と，断面積拡大比率を基準比率χ（スクロール部１２に流入する流体量に応じて断面積を拡大する比率）より大きくすることによる、スクロール部１２の流体の減速を図ったものである。（式（５）に基づく）
３００°〜３６０°（スクロール部まき終り）にて図芯半径を流体が流れる方向に沿って小さくしていき、流体が増速する曲線〔図４（Ｂ）において、右肩上がりの傾斜がなだらかになり，図4（C）において断面積拡大比率が基準拡大比率χより小さくなる〕となり、流体速度特性曲線Ｆは全体が上方へ凸の減速特性となり、スクロール部１２内に静圧回復部と、増速部とが形成される。

尚、減速領域γ（Ａ／Ｒの拡大）のθ１（６０°）から３００°及び、増速領域δの３００°からスクロール巻き終り３６０°の数値はこれに限定するものではない。
また、スクロール巻き終り部（３６０°）の流体速度を増速させる部分の領域を６０°（３００°〜３６０°）としたのは、Ａ／Ｒを大きくする領域を大きくして、流体の静圧回復を可能な限り高くするためである。
本実施形態では、流体速度の増速領域を６０°としたが、実験結果では３０°〜６０°（３３０°〜３６０°）位の領域に設定しても略同等の効果が得られた。

スクロール巻き始めから３００°（任意角度）までのスクロール部１２の減速領域γにて半径Ｒを漸次拡大させつつ断面積拡大比率を基準比率χより大きくすることで、流体速度を減速させて、圧力の回復を得ると共に、スクロール巻き終り付近の増速領域δで図芯半径を流体が流れる方向に小さくしていきつつ断面拡大比率を基準比率χより小さくすることにより流体速度を増速させて、スクロール部１２壁面と流体との境界層の発達を防ぎ、損失の低減（流量抵抗の減少、圧力比向上）と流れの安定化を図ることができる。

（第３実施形態）
本実施形態について、図５に基づいて説明する。
尚、本実施形態において、遠心圧縮機のコンプレッサインペラの下流側に配設されたディフューザ部から突出されたガス又は空気等の流体の流路を形成する遠心圧縮機のスクロール部１２形状以外の基本形状は第１実施形態と同じなので、スクロール部１２だけを説明することにして、他は省略する。
また、同じ用語には同一の符号を付し、説明を省略する。
図５（Ａ）は、本実施形態におけるスクロール巻き方向（流体の流れる方向）の各部位における各スクロール部断面を積層して表示した断層図で、図１に示すスクロールの周方向の各部位θ１、θ２、θ３、θ４、θ５及び、θ6までの断面を積層したものである。
そして、図１において、流体の流れる方向の略６０°位置付近には、スクロール巻き始め位置に略一致する部位で且つ、ディフューザ部１３から吐出される流体とスクロールを流れてきた流体との隔壁端縁である舌部５が配設されている。

図５（Ａ）のスクロール部断面を示すθ１は舌部５の断面積を示し、従来の断面形状を破線で示し、本願の断面形状を実線で示してある。
舌部５付近では、流体が舌部５の影響により舌部５と流体との間に剥離が発生する。
従って、舌部５付近の断面積（Ａ／Ｒ）を剥離した領域に相当する分だけ流れる面積を小さくして、剥離に起因する損失の低減（流量抵抗の減少、圧力比向上）と流れの安定化を図る。
図５（Ｂ）に横軸にスクロールの巻き方向の角度θを示し、縦軸にＡ／ＲのＡ面積を示し、Ａ／ＲのＡ面積の拡大すると共に、流体の速度が減少する流体速度特性曲線Ｇを示す。
図５(Ｃ)は、図５（Ｂ）における縦軸を断面積拡大比率(ｄ(Ａ/Ｒ)/ｄθ)としたものである。

そして、舌部５付近略６０°〜１２０°間のＡ/Ｒまたは断面積拡大比率(ｄ(Ａ/Ｒ)/ｄθ)を基準比率χ（閾値）より小さく（Ａ／Ｒを小さくまたはｄ(Ａ/Ｒ)/ｄθを小さく）することにより、当該部の流体速度を速くして、舌部５と流体との間の剥離を解消させて、流体速度特性曲線Ｇが従来の流体速度特性曲線（破線）より下側（流体速度が増大）に位置した第１増速領域εを形成する。
スクロール巻き方向１２０°位から巻き終りまでは第１実施形態と同じであり、Ａ/Ｒ
またはｄ(Ａ/Ｒ)/ｄθを従来の基準比率より大きくすることにより、減速領域ηが形成され、流体速度が減少される。巻き終り近傍の３００°から巻き終りの３６０°の領域では、１２０°から３００°までの断面積拡大比率より小さくして、流体の速度を増大させる増速領域κが形成される。

従って、舌部５付近の断面積を小さくして、剥離に起因する損失の低減（流量抵抗の減少、圧力比向上）と流れの安定化を図ることができる
図５(Ｂ)において、スクロール角度６０°から１２０°までは、下に凸のグラフで、１２０°以上では、図３（Ｂ）同様に上に凸のグラフとなる。
図５(Ｃ)では、従来の一定値を示すデータ(破線)に対し、６０°から１２０°と３００°から３６０°までは、従来値よりも小さい値となる増速領域を示し、１２０°から３００°までは従来値よりも大きい値を示す上に凸なグラフとなる。
また、θ１（６０°）から１２０°の舌部の第１増速領域ε、１２０°から３００°の減速領域η及び、３００°からスクロール巻き終り３６０°の第２増速領域κの数値はこれに限定するものではない。
尚、本実施形態では、従来の流体速度特性曲線（破線）より下側に位置しているが、上側に位置した場合でも、当該部のＡ／Ｒが断面積拡大比率φより小さくすることで、下側に凹の流体速度特性曲線Ｇであれば同様の効果が得られる。

（第４実施形態）
本実施形態について、図６に基づいて説明する。
尚、本実施形態において、遠心圧縮機のコンプレッサインペラの下流側に配設されたディフューザ部から突出されたガス又は空気等の流体流路を形成する遠心圧縮機のスクロール部１２形状以外の基本形状は第２実施形態と同じなので、スクロール部１２だけを説明することにして、他は省略する。
図６（Ａ）は、本実施形態におけるＡ／Ｒの図芯半径Ｒを変えた場合を示し、図１に示すスクロール巻き方向（流体の流れる方向）の各部位θ１、θ２、θ３、θ４、θ５及び、θ6における各スクロール部断面を積層した断層図を示している。

Ｐ_０は各スクロール部１２の断面の図芯を示し、山形状の実線は各スクロール部１２の図芯Ｐ_０位置の変化（Ｒの変化）を示した図で、図６（Ｂ）に横軸にスクロールの巻き方向の角度を示すθと、縦軸にＡ／Ｒの半径Ｒを示し、Ａ／Ｒの半径Ｒの変化に伴う、流体速度特性曲線Ｈを示す。
従来の図芯Ｐ_０の半径Ｒがスクロールの巻き方向の各部位において一定（破線）になっている。

そして、図６（Ａ）のスクロール部断面を示すθ１は舌部５の断面形状を示し、従来の断面形状を破線で示し、本実施形態の断面形状を実線で示す。
図６(Ｂ)において、スクロール角度６０°から１２０°までは、下に凸のグラフで、１２０°以上では、図３（Ｂ）同様に上に凸のグラフとなる。
図６(Ｃ)では、従来の一定値を示すデータ(破線)に対し、６０°から１２０°と３００°から３６０°までは、従来値よりも小さい値となる増速領域を示し、１２０°から３００°までは従来値よりも大きい値を示す上に凸なグラフとなる。
実施形態３で記述したように、舌部５付近では、流体が舌部５の影響により、舌部５と流体との間に剥離が発生する。
図５（Ｂ）に横軸にスクロールの巻き方向（流体の流れる方向）の角度θを示し、縦軸にＡ／Ｒを示し、Ａ／Ｒの拡大比率が増大すると共に、流体の速度が減少する流体速度特性曲線Ｈを示す。

図６(Ｃ)は、図６（Ｂ）における縦軸を断面積拡大比率(ｄ(Ａ/Ｒ)/ｄθ)としたものである。
そして、舌部５付近略６０°〜１２０°の間の断面積拡大比率を基準比率χより小さくすることにより、当該部の流体速度を速くして、舌部５と流体との間の剥離を解消させる。
従って、舌部５付近の断面積比Ａ／Ｒを剥離した領域に相当する分だけ小さく（断面積）して、剥離に起因する損失の低減（流量抵抗の低減、圧力比の向上）と流れの安定化を図る。舌部５付近略６０°〜１２０°の間の断面積Aを小さくする手段として，例えば図５（A）に示すように断面θ1において半径内側部分を縮小するような方法がある。
スクロール巻き方向１２０°位から巻き終りまでは第２実施形態と同じであり、図芯Rを流体が流れる方向に向かって大きくしつつ、断面積拡大比率を基準比率χよりも大きくすることで減速領域μが形成され、流体速度が減少される。巻き終り近傍の３００°から巻き終りの３６０°の領域で図芯Rを流体が流れる方向に向かって小さくしつつ断面積拡大比率を基準比率χより小さくすることで、流体の速度を増大させる第２増速領域πが形成される。

コンプレッサインペラの回転によって、該コンプレッサインペラの外周部に渦巻形状に形成された流路を構成するスクロール部形状を備えた遠心圧縮機に関し、スクロール部において静圧を回復させて、高いコンプレッサ性能を得る遠心圧縮機に用いられるとよい。

１ コンプレッサ
２ シャフト
３ コンプレッサインペラ
１１ コンプレッサハウジング
１２ スクロール部
１３ ディフューザ部
１５ 空気通路
Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ 流体速度特性曲線
α、η 断面積拡大領域
β、κ 増速領域
γ、μ 半径拡大領域
δ、π 半径拡大比率減少領域
ε 舌部増速領域
λ 舌部半径拡大比率減少領域

Claims (9)

1. 遠心圧縮機のコンプレッサインペラの下流側に配設されたディフューザ部から吐出されたガス又は空気等の流体の流路を形成する遠心圧縮機のスクロール形状において、
   スクロール部の断面積Ａと、前記コンプレッサインペラの軸心からスクロール部断面の図芯までの半径Ｒとの比Ａ／Ｒの前記スクロール角度の増大に伴う拡大比率を前記スクロール部の巻き始めから巻き終りまでを減少させるようにしたことを特徴とする遠心圧縮機のスクロール形状。
2. 前記比Ａ／Ｒは、前記スクロール部断面を半径一定ｒｉの帯状領域の断面積Ａｉに分割し、半径ｒｉと断面積Ａｉとの比Ａｉ／ｒｉの総和として算出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機のスクロール形状。
3. 前記スクロール部の断面積を前記スクロール部の舌部から前記スクロール部の巻き方向任意の角度まで漸次拡大させて、前記流体の速度を減少させる減速領域と、前記任意角度から前記スクロール部の巻き終りまでの前記断面積の拡大比率を前記減速領域より減少させることにより前記流体の速度を増加させる増速領域とを備えたことを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機のスクロール形状。
4. 前記スクロール部の巻き始めから巻き終わりを右側に行くに連れ増加する横軸と、スクロール半径Ｒと断面積Ａとの比Ａ/Ｒが上部に行くに連れ増加する縦軸とを有する座標軸に、スクロール断面のＡ/Ｒの分布を表示した時に、Ａ/Ｒの分布が上に凸形状となることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の遠心圧縮機のスクロール形状。
5. 前記任意の角度は前記スクロール巻き終わりを０（ゼロ）基準としてスクロール内の流体が流れる方向に３００〜３３０°の領域としたことを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機のスクロール形状。
6. 前記舌部近傍の前記スクロール部断面積の拡大比率を、流体が流れる方向に拡大していくことを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機のスクロール形状。
7. 前記舌部近傍の断面積を漸次拡大部分の比率より小さくする領域は、前記舌部からスクロール方向に略３０°〜６０°としたことを特徴とする請求項５記載の遠心圧縮機のスクロール形状。
8. 前記スクロール部を流れる流体速度を減少させるため、前記スクロール部の断面の図芯の半径を変化させたことを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機のスクロール形状。
9. 前記スクロール部を流れる流体速度を減少させるため、前記スクロール部断面の図芯と前記スクロール部中心との半径を一定にして、前記断面積の拡大比率を変化させたことを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機のスクロール形状。

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