整流部材及び遠心圧縮機
【課題】気体の流動における偏流や圧力分布の偏りを積極的に解消し、且つ吸気ダクトの仕様変更等に柔軟に対応できる整流部材及びそれを備える遠心圧縮機を提供する。
【解決手段】本発明に係る整流部材１は、気体Ｇが流動する流路３１を備える吸気ダクト３と、流路３１を介して気体Ｇが導入される吸気口２３を備える遠心圧縮機２との間に設けられる整流部材であって、遠心圧縮機２に着脱自在に設けられ、吸気口２３と連通する貫通孔部を備える台座部１１と、貫通孔部の内周面に、周方向に並んで間隔を空けて配置される複数の整流板１２とを有する、という構成を採用する。
【解決手段】本発明に係る整流部材１は、気体Ｇが流動する流路３１を備える吸気ダクト３と、流路３１を介して気体Ｇが導入される吸気口２３を備える遠心圧縮機２との間に設けられる整流部材であって、遠心圧縮機２に着脱自在に設けられ、吸気口２３と連通する貫通孔部を備える台座部１１と、貫通孔部の内周面に、周方向に並んで間隔を空けて配置される複数の整流板１２とを有する、という構成を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流部材及び遠心圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機の回転翼（インペラ）に導入される気体の流れを調整するための整流装置が、特許文献１に開示されている。この整流装置は、遠心圧縮機のハウジングに一体的に設けられており、回転翼の上流側に軸周り方向で並んで配置される複数の可動板を有している。
上記整流装置は、複数の可動板の向きを調整して、回転翼に導入される気体を上記軸周り方向で旋回させる。気体が旋回しつつ回転翼に導入されることで、少流量側での遠心圧縮機の作動域を拡大することができる。
以上のように、特許文献１に開示された整流装置は、遠心圧縮機の作動域を拡大させるためのものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２６０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来技術には、以下のような課題が存在する。
遠心圧縮機には、気体が流動する流路を備える吸気ダクトが接続されているが、設置スペース等の関係から、この吸気ダクトが曲がりを有する場合がある。そして、吸気ダクト内の気体がこの曲がり部を通過することで、気体の流れに偏流や旋回流、剥離等が発生し、気体に圧力分布の偏りが生じる。この偏流や圧力分布の偏りが生じたまま気体が回転翼に導入されることで、遠心圧縮機の効率が低下していた。
ここで、特許文献１に開示された整流装置は、流動する気体を旋回させるためのものであり、上記偏流や圧力分布の偏りを積極的に解消することはできないという課題があった。
【０００５】
また、特許文献１に開示された整流装置は、遠心圧縮機に一体的に接続されていることから、吸気ダクトの形状に応じて異なる遠心圧縮機をそれぞれ準備する必要があり、吸気ダクトの仕様変更等によりその形状が変更された場合には、柔軟に対応することが困難であるという課題があった。
【０００６】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、気体の流動における偏流や圧力分布の偏りを積極的に解消し、且つ吸気ダクトの仕様変更等に柔軟に対応できる整流部材及びそれを備える遠心圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係る整流部材は、気体が流動する流路を備える吸気ダクトと、流路を介して気体が導入される吸気口を備える遠心圧縮機との間に設けられる整流部材であって、遠心圧縮機に着脱自在に設けられ、吸気口と連通する貫通孔部を備える台座部と、貫通孔部の内周面に、周方向に並んで間隔を空けて配置される複数の整流板とを有する、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、台座部が遠心圧縮機に着脱自在に設けられ、且つ複数の整流板が台座部に配置されていることから、整流部材は遠心圧縮機に着脱自在に設置されている。
また、吸気ダクトが曲がりを有し、この曲がりによって吸気ダクトの内周面近傍に気体の流動における偏流や旋回流、剥離、それらを原因とする圧力分布の偏りが生じた場合にも、台座部に複数の整流板が配置されているため、この整流板によって偏流や圧力分布の偏りが解消される。
【０００８】
また、本発明に係る整流部材は、整流板が、貫通孔部の径方向と略平行する姿勢で設けられている、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、吸気ダクトが曲がりを有する場合には、この曲がりにより吸気ダクトの内周面近傍に略周方向での気体の流れが生じるが、この気体の流れを、貫通孔部の径方向と略平行する整流板、すなわち周方向と略直交する整流板が規制し、気体の流動における偏流や旋回流の発生が防止される。
【０００９】
また、本発明に係る整流部材は、整流板が、吸気ダクト側に向けて突出している、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、吸気ダクトが曲がりを有する場合に、その曲がり部の下流側近傍に整流板が突出して設けられることで、曲がりによって生じる気体の偏流や圧力分布の偏りを迅速に解消することが可能となる。また、整流板によって気体の流れは僅かに乱流化するが、整流板が遠心圧縮機の回転翼に向けて突出していないことで、整流板を通過した後に生じる気体の乱流が沈静化するための十分な間隔を確保することが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る整流部材は、整流板が、貫通孔部の内周面に、全周に亘り配置されている、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、例えば気体の流量や流速が変化した場合に、周方向に関して偏流や圧力低下部分の生じる箇所が変化したとしても、整流板が全周に亘り配置されているため、上記偏流等を解消することが可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る整流部材は、整流板の固有振動数が、遠心圧縮機における回転翼の固有振動数と異なる値に設定されている、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、回転翼と整流板との間における共振の発生が防止され、回転翼及び整流板の破損を防ぐことが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る整流部材は、貫通孔部の径方向での整流板の高さをＨとし、吸気ダクトの内径をＤとすると、
Ｈ／Ｄ＞０．１
を満たす、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、吸気ダクト内を流動する気体の偏流、いわゆるディストーションが整流部材を通過することで十分に除去される。
【００１３】
また、本発明に係る整流部材は、貫通孔部の貫通方向での整流板の長さをＬとし、吸気ダクトの内径をＤとすると、
Ｌ／Ｄ＞０．１２
を満たす、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、吸気ダクト内を気体が周方向に旋回して流動する旋回流、いわゆるスワールが整流部材を通過することで十分に除去される。
【００１４】
また、本発明に係る整流部材は、貫通孔部の径方向での整流板の高さをＨとし、隣り合う整流板の内側端部の間における貫通孔部の中心軸線周りの円弧の長さをＳとすると、
Ｈ／Ｓ＞０．８
を満たす、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、吸気ダクト内を気体が周方向に旋回して流動する旋回流、いわゆるスワールが整流部材を通過することで十分に除去される。
【００１５】
また、本発明に係る遠心圧縮機は、請求項１から８のいずれか一項に記載の整流部材を有する、という構成を採用する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、遠心圧縮機に着脱自在に設けられる整流部材によって、気体の流動における偏流や圧力分布の偏り等が解消され、遠心圧縮機の効率を改善できるという効果がある。また、整流部材は遠心圧縮機に着脱自在であることから、吸気ダクトの仕様変更等に柔軟に対応できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態における整流部材及びその周辺の全体の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態における整流部材の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態における気体の流量とコンプレッサの効率との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施形態におけるフィンの高さとダクトの内径との間の比を変化させたときの、気体におけるディストーションの除去率の変化を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態におけるフィンの高さとダクトの内径との間の比を変化させたときの、気体が整流部材を通過するときの圧力損失係数の変化を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態におけるフィンの長さとダクトの内径との間の比を変化させたときの、気体におけるスワールの除去率の変化を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態におけるフィンの長さとダクトの内径との間の比を変化させたときの、気体が整流部材を通過するときの圧力損失係数の変化を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態におけるフィンの高さとフィン間ピッチとの間の比を変化させたときの、気体におけるスワールの除去率の変化を示すグラフである。
【図９】本発明の実施形態におけるフィンの高さとフィン間ピッチとの間の比を変化させたときの、気体が整流部材を通過するときの圧力損失係数の変化を示すグラフである。
【図１０】整流部材１の一変形例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の整流部材及び遠心圧縮機に係る実施の形態を、図１から図１０を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。また、各図面における矢印Ｆは前方向を示している。
【００１９】
図１は、本実施形態における整流部材１及びその周辺の全体の構成を示す概略図である。
整流部材１は、気体Ｇを圧縮するコンプレッサ２（遠心圧縮機）と、コンプレッサ２に導入される気体Ｇが流動するダクト３（吸気ダクト）との間に設けられ、気体Ｇの流れを整えてその偏流や圧力分布の偏り等を解消するための部材である。なお、コンプレッサ２及びダクト３を最初に説明し、整流部材１の説明は後述する。
【００２０】
コンプレッサ２は、ダクト３から導入される気体Ｇを圧縮し、圧縮された気体Ｇを外部に吐出する装置である。コンプレッサ２の外殻は、コンプレッサハウジング２１とシールプレート２２とが一体的に接続されて構成されている。コンプレッサ２は、吸気口２３と、インペラ２４（回転翼）と、ディフューザ流路２５と、スクロール流路２６とを有している。なお、コンプレッサ２は車両や冷蔵装置等に設置され、気体Ｇとしては空気や冷媒ガス等が使用される。
【００２１】
吸気口２３は、コンプレッサ２内に気体Ｇを導入するための開口部である。また、前方から見た場合に、吸気口２３は略円形に形成されている。
【００２２】
インペラ２４は、回転することでその中心軸方向の前方側から気体Ｇを導入し、導入した気体Ｇを径方向外側に送り出す回転翼である。インペラ２４は、コンプレッサハウジング２１の内部且つ吸気口２３の後方側に配置され、前後方向で延びる所定の軸周りで回転自在に設けられている。
【００２３】
インペラ２４の中心部分には、前後方向で延びる回転軸２７が貫通して一体的に接続されている。回転軸２７のインペラ２４と逆側の端部には、不図示の電動機やラジアルタービンにおけるタービンインペラ等が接続され、これらの機器の作動により回転軸２７及びインペラ２４が回転できる構成となっている。また、インペラ２４は、軸周り方向で並んで間隔を空けて配置される複数のインペラ翼２４ａを有している。
【００２４】
ディフューザ流路２５は、インペラ２４を囲んで略環状に形成された流路である。また、ディフューザ流路２５は、コンプレッサハウジング２１とシールプレート２２との間に形成され、インペラ２４の回転により送り出された気体Ｇが導入される流路である。気体Ｇは、ディフューザ流路２５内を径方向外側に向かって流動するに従い、次第に圧縮される。
【００２５】
スクロール流路２６は、インペラ２４を囲んで略渦巻状に形成され、ディフューザ流路２５と連通する流路である。スクロール流路２６にはディフューザ流路２５において圧縮された気体Ｇが導入され、スクロール流路２６に接続される不図示の吐出口を介して圧縮された気体Ｇが外部に供給される。
【００２６】
次に、ダクト３を説明する。
ダクト３は、コンプレッサ２に気体Ｇを供給するための略円筒状の管である。ダクト３の内部には、気体Ｇが流動する流路３１が形成されている。また、ダクト３は曲がり部３２と、接続部３３とを有している。
曲がり部３２は、ダクト３において曲がりが生じている箇所である。
接続部３３は、ダクト３の一端部であって、不図示の接続ボルト等を用いて整流部材１及びコンプレッサ２と接続される箇所である。接続部３３の開口部は後側から見たときに略円形に形成され、その内径は吸気口２３の径と略同一に形成されている。なお、接続部３３における内径を符号Ｄで表している。
【００２７】
次に、整流部材１の詳細を、図１及び図２を参照して説明する。
図２は、本実施形態における整流部材１の構成を示す概略図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線視断面図、（ｃ）は斜視図である。
図１に示すように、整流部材１は、コンプレッサ２とダクト３との間に設けられており、気体Ｇの流れを整えて、その偏流や圧力分布の偏り等を解消するための部材である。整流部材１は、台座部１１と、複数のフィン１２（整流板）とを有している。本実施形態における台座部１１とフィン１２とは、機械加工や鋳造等によって一体的に成形されている。なお、それぞれを別に成形し、台座部１１に対してフィン１２を接合する構成であってもよい。
【００２８】
台座部１１は、略板状の部材であって、コンプレッサハウジング２１における吸気口２３の周縁部と、ダクト３の接続部３３とにより挟持され、前後方向とその板面が直交する姿勢で設置されている。なお、整流部材１が設けられない場合は、コンプレッサハウジング２１と接続部３３とは不図示の接続ボルト等を用いて一体的に接続されるのであるが、整流部材１はこの接続ボルト等（長さは適宜調整される）を用いて着脱自在に接続されている。すなわち、整流部材１は、既存の過給機への後付けが可能なアタッチメント部材として構成してもよい。
【００２９】
図２に示すように、台座部１１は、略板状の部材であって、板厚方向で貫通する第１孔部１３（貫通孔部）と複数の第２孔部１４とを有している。
第１孔部１３は、台座部１１の略中央部に設けられ且つコンプレッサ２の吸気口２３と連通する略円形の孔部であって、吸気口２３と略同一の径で形成されている。なお、第１孔部１３は、ダクト３の流路３１とも連通しており、接続部３３における内径Ｄと略同一の径で形成されている。
第２孔部１４は、台座部１１をコンプレッサ２に接続するために用いられるものであって、コンプレッサ２と接続部３３との接続に用いられる不図示の接続ボルト等が貫通できる位置及び径で形成されている。
【００３０】
フィン１２は、ダクト３から吸気口２３へ導入される気体Ｇの流れを整え、その偏流及び圧力分布の偏り等を解消するための複数の板部材である。
複数のフィン１２は、第１孔部１３の中心軸方向で延在する略矩形の板部材であり、第１孔部１３の内周面１３ａの全周に亘り、その周方向で並んで間隔を空けて配置されている。また、フィン１２は、台座部１１の板面から前方すなわちダクト３側に突出して設けられており（図１参照）、フィン１２の前方側の端部はダクト３の曲がり部３２に近接して設けられている。一方、フィン１２の後方側の端部は、台座部１１の板面と同一位置に設けられている。
また、フィン１２は、第１孔部１３の径方向と略平行する姿勢で設けられており、ダクト３の内周面近傍を周方向に沿って流れる気体Ｇを規制することができる。
【００３１】
ここで、第１孔部１３の径方向でのフィン１２の高さを符号Ｈで表し、第１孔部１３の貫通方向でのフィン１２の長さを符号Ｌで表し、隣り合うフィン１２の内側端部の間における第１孔部１３の中心軸線周りの円弧の長さ（以下、「フィン間ピッチ」と称する）を符号Ｓで表している。フィン間ピッチＳは、全てのフィン１２間において同一となっている。
フィン１２の高さＨは、ダクト３の形状により生じる吸気口２３近傍での気体Ｇの圧力分布と、フィン１２により生じる気体Ｇの流動に関する損失との関係に応じて設定されている。すなわち、気体Ｇの流動における偏流や圧力分布の偏り等を解消することによるコンプレッサ２の効率改善の程度と、フィン１２を配置することにより生じる気体Ｇの流動に関する損失とを比較して、フィン１２の高さＨを設定することで、コンプレッサ２の効率を最大化することが可能となる。
【００３２】
また、フィン１２の長さＬは、ダクト３内での気体Ｇの圧力分布と、フィン１２により生じる気体Ｇの流動に関する損失との関係に応じて設定されている。すなわち、気体Ｇの流動における偏流や圧力分布の偏り等を解消することによるコンプレッサ２の効率改善の程度と、フィン１２を配置することにより生じる気体Ｇの流動に関する損失とを比較して、フィン１２の長さＬを設定することで、コンプレッサ２の効率を最大化することが可能となる。
【００３３】
また、フィン１２の固有振動数は、コンプレッサ２におけるインペラ２４の固有振動数と異なる値に設定されている。インペラ２４はその回転に伴い振動するが、フィン１２の固有振動数がインペラ２４とは異なる値に設定されているため、フィン１２とインペラ２４との間で共振は発生せず、フィン１２及びインペラ２４の破損（特にインペラ翼２４ａの破損）を防止することが可能となる。
【００３４】
続いて、本実施形態に係る整流部材１の気体Ｇに対する整流作用について説明する。
まず、気体Ｇが、ダクト３の流路３１内を、コンプレッサ２に向かって流動する。
ここで、ダクト３には曲がり部３２が存在し、気体Ｇが曲がり部３２近傍を流動することで、気体Ｇには偏流（いわゆるディストーション）、気体Ｇが周方向に旋回して流動する旋回流（いわゆるスワール）、剥離及びこれらを原因とする圧力分布の偏りが生じる。
【００３５】
例えば、曲がり部３２における曲がりの外側には、上流側からの気体Ｇが直進しようとするため、気体Ｇが衝突する。そして、衝突した気体Ｇは、ダクト３の内周面に沿って略周方向で流動する。そのため、ダクト３内では気体Ｇのディストーションやスワールが発生し、これらを原因とする圧力分布の偏りも生じる。
一方、曲がり部３２における曲がりの内側では、上流側からの気体Ｇが直進しようとするため、気体Ｇに剥離が発生する。また、この剥離を原因とする圧力分布の偏りも生じる。
【００３６】
もっとも、本実施形態では、複数のフィン１２が第１孔部１３の径方向と略平行する姿勢で設けられているために、ダクト３の内周面に沿って略周方向で流動する気体Ｇの流れを規制することができる。よって、気体Ｇにおけるディストーション、スワール及びこれらを原因とする圧力分布の偏りを解消することができる。
また、フィン１２は、ダクト３に向かって突出し、フィン１２の先端部は曲がり部３２の近傍に配置されているため、曲がり部３２の曲がりの内側で生じる気体Ｇの剥離を解消することができる。よって、気体Ｇの剥離を原因とする圧力分布の偏りを解消することができる。
【００３７】
また、フィン１２は、第１孔部１３の内周面１３ａに全周に亘り設けられている。そのため、例えば気体Ｇの流量又は流速等が変化することで、気体Ｇのディストーションが生じる箇所、又は圧力分布が変動したとしても、全周に亘って設けられたフィン１２が気体Ｇのディストーション等を解消することができる。
【００３８】
整流部材１によって、気体Ｇのディストーション、スワール、剥離及びこれらを原因とする圧力分布の偏りが解消された後に、気体Ｇはコンプレッサ２の吸気口２３を介してインペラ２４に導入される。インペラ２４は、回転軸２７に接続された電動機等の作動により回転し、導入された気体Ｇを径方向外側のディフューザ流路２５に向けて送り出す。気体Ｇはディフューザ流路２５で圧縮されて昇圧し、スクロール流路２６を介して外部に圧縮された気体Ｇが供給される。
【００３９】
このように、ディストーションや圧力分布の偏り等を解消した気体Ｇがインペラ２４に導入されるために、曲がり部３２を有するダクト３を用いたとしても、コンプレッサ２の効率低下を防ぐことができる。
【００４０】
なお、フィン１２が設けられることで、気体Ｇの流動に関する損失が生じる。もっとも、フィン１２の高さＨ及び長さＬは、コンプレッサ２の効率改善の程度と、上記損失との比較に基づいて設定されていることから、コンプレッサ２の効率を最大化することができる。
【００４１】
ここで、整流部材１を設けることによるコンプレッサ２の効率改善の結果を、図３を参照して説明する。
図３は、気体Ｇの流量とコンプレッサ２の効率との関係を示す図である。
図３において、実線は、吸気ダクトが直管である場合のコンプレッサ２の効率を示し、鎖線は、本実施形態における整流部材１を用いずにダクト３をコンプレッサ２と直接接続した場合のコンプレッサ２の効率を示し、一点鎖線は、本実施形態における整流部材１を介してダクト３をコンプレッサ２に接続した場合のコンプレッサ２の効率を示している。
図３に示すように、整流部材１をコンプレッサ２とダクト３との間に設置することで、曲がり部３２を有するダクト３を直接にコンプレッサ２へ接続した場合に比べ、コンプレッサ２の効率を改善できることが判明した。
【００４２】
続いて、整流部材１におけるフィン１２の設計指針について説明する。
上述したように、フィン１２は、ダクト３内を流動する気体Ｇに生じるディストーションやスワール等を除去する作用を有している。なお、フィン１２の寸法（高さＨや長さＬ等）を変化させることで、ディストーションやスワールの除去率及び整流部材１を通過する気体Ｇの圧力損失の値が変化する。そこで、ディストーションやスワールを十分に除去できるフィン１２の設計指針を以下に説明する。また、ディストーションやスワールを除去することに加えて圧力損失を抑制できるフィン１２の設計指針も説明する。
【００４３】
最初に、フィン１２の高さＨとダクト３の内径Ｄとの関係について説明する。
図４は、フィン１２の高さＨとダクト３の内径Ｄとの間の比を変化させたときの、気体Ｇにおけるディストーションの除去率の変化を示すグラフである。また、図５は、フィン１２の高さＨとダクト３の内径Ｄとの間の比を変化させたときの、気体Ｇが整流部材１を通過するときの圧力損失係数の変化を示すグラフである。
【００４４】
図４に示すように、高さＨと内径Ｄとの比であるＨ／Ｄが０．１より大きければ、ディストーションを十分に除去できる。よって、ディストーションを十分に除去するためには、フィン１２の高さＨが内径Ｄとの関係において、
Ｈ／Ｄ＞０．１ …（１）
を満たすことが望ましい。
【００４５】
また、図５に示すように、高さＨと内径Ｄとの比であるＨ／Ｄが０．１６より大きければ、気体Ｇが整流部材１を通過するときの圧力損失係数が大きく上昇し、圧力損失が急激に増大する。そのため、圧力損失を低く抑えるためには、フィン１２の高さＨが内径Ｄとの関係において、
Ｈ／Ｄ＜０．１６ …（２）
を満たすことが望ましい。
【００４６】
圧力損失を低く抑えつつディストーションを十分に除去することは、整流部材１においていずれも満たすべき性能である。そのため、上記式（１）及び式（２）より、フィン１２の高さＨが内径Ｄとの関係において、
０．１＜Ｈ／Ｄ＜０．１６ …（３）
を満たすことが望ましい。
さらに、ディストーションの除去率と圧力損失とのバランスから、フィン１２の高さＨが内径Ｄとの関係において、
０．１＜Ｈ／Ｄ＜０．１２ …（４）
を満たすことが望ましい。
【００４７】
したがって、式（１）を設計指針としてフィン１２を設計することで、ディストーションを十分に除去できる整流部材１を設計・製作することが可能となる。また、式（３）を設計指針としてフィン１２を設計することで、圧力損失を低く抑えつつディストーションを十分に除去できる整流部材１を設計・製作することが可能となる。
【００４８】
次に、フィン１２の長さＬとダクト３の内径Ｄとの関係について説明する。
図６は、フィン１２の長さＬとダクト３の内径Ｄとの間の比を変化させたときの、気体Ｇにおけるスワールの除去率の変化を示すグラフである。また、図７は、フィン１２の長さＬとダクト３の内径Ｄとの間の比を変化させたときの、気体Ｇが整流部材１を通過するときの圧力損失係数の変化を示すグラフである。
【００４９】
図６に示すように、長さＬと内径Ｄとの比であるＬ／Ｄが０．１２より大きければ、スワールの除去率は略一定の値を示し、スワールを十分に除去できる。よって、スワールを十分に除去するためには、フィン１２の長さＬが内径Ｄとの関係において、
Ｌ／Ｄ＞０．１２ …（５）
を満たすことが望ましい。
【００５０】
また、図７に示すように、長さＬと内径Ｄとの比であるＬ／Ｄが０．６より大きければ、気体Ｇが整流部材１を通過するときの圧力損失係数が大きく上昇し、圧力損失が急激に増大する。そのため、圧力損失を低く抑えるためには、フィン１２の長さＬが内径Ｄとの関係において、
Ｌ／Ｄ＜０．６ …（６）
を満たすことが望ましい。
【００５１】
圧力損失を低く抑えつつスワールを十分に除去することは、整流部材１においていずれも満たすべき性能である。そのため、上記式（５）及び式（６）より、フィン１２の長さＬが内径Ｄとの関係において、
０．１２＜Ｌ／Ｄ＜０．６ …（７）
を満たすことが望ましい。
さらに、スワールの除去率と圧力損失とのバランスから、フィン１２の長さＬが内径Ｄとの関係において、
０．１２＜Ｌ／Ｄ＜０．３ …（８）
を満たすことが望ましい。
【００５２】
したがって、式（５）を設計指針としてフィン１２を設計することで、スワールを十分に除去できる整流部材１を設計・製作することが可能となる。また、式（７）を設計指針としてフィン１２を設計することで、圧力損失を低く抑えつつスワールを十分に除去できる整流部材１を設計・製作することが可能となる。
【００５３】
次に、フィン１２の高さＨとフィン間ピッチＳとの関係について説明する。なお、フィン間ピッチＳは、上述したように、隣り合うフィン１２の内側端部の間における第１孔部１３の中心軸線周りの円弧の長さである。
図８は、フィン１２の高さＨとフィン間ピッチＳとの間の比を変化させたときの、気体Ｇにおけるスワールの除去率の変化を示すグラフである。また、図９は、フィン１２の高さＨとフィン間ピッチＳとの間の比を変化させたときの、気体Ｇが整流部材１を通過するときの圧力損失係数の変化を示すグラフである。
【００５４】
図８に示すように、高さＨとフィン間ピッチＳとの比であるＨ／Ｓが０．８より大きければ、スワールの除去率は略一定の値を示し、スワールを十分に除去できる。よって、スワールを十分に除去するためには、フィン間ピッチＳが高さＨとの関係において、
Ｈ／Ｓ＞０．８ …（９）
を満たすことが望ましい。
【００５５】
また、図９に示すように、高さＨとフィン間ピッチＳとの比であるＨ／Ｓが１．３より大きいと、整流部材１における圧力損失係数の許容値Ｐを超えてしまい、圧力損失によるコンプレッサ２の性能低下が無視できなくなる。そのため、圧力損失係数を許容値Ｐよりも低く抑えるためには、フィン間ピッチＳが高さＨとの関係において、
Ｈ／Ｓ＜１．３ …（１０）
を満たすことが望ましい。
【００５６】
圧力損失を低く抑えつつスワールを十分に除去することは、整流部材１においていずれも満たすべき性能である。そのため、上記式（９）及び式（１０）より、フィン間ピッチＳが高さＨとの関係において、
０．８＜Ｈ／Ｓ＜１．３ …（１１）
を満たすことが望ましい。
【００５７】
したがって、式（９）を設計指針としてフィン１２を設計することで、スワールを十分に除去できる整流部材１を設計・製作することが可能となる。また、式（１１）を設計指針としてフィン１２を設計することで、圧力損失を低く抑えつつスワールを十分に除去できる整流部材１を設計・製作することが可能となる。
【００５８】
なお、台座部１１に配置されるフィン１２の枚数は、フィン１２の高さＨとフィン間ピッチＳとの比が
Ｈ／Ｓ＝１．０ …（１２）
で取りうる最大の枚数とする。ただし、式（１２）に基づいたフィン１２の枚数と、インペラ翼２４ａの枚数とが同一である場合は、フィン１２の枚数は、式（１２）に基づいたフィン１２の枚数を１枚増加又は減少させた枚数とする。これは、複数のフィン１２とインペラ２４との共振の発生を防ぐためである。
【００５９】
したがって、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、コンプレッサ２に着脱自在に設けられる整流部材１によって、流動する気体Ｇにおけるディストーションやスワール、圧力分布の偏り等が解消され、コンプレッサ２の効率を改善できるという効果がある。また、整流部材１はコンプレッサ２に着脱自在であることから、ダクト３の仕様変更等に柔軟に対応できるという効果がある。
【００６０】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００６１】
例えば、上記実施形態では、フィン１２は、第１孔部１３の内周面１３ａに全周に亘って設けられているが、これに限定されるものではなく、図１０に示す整流部材１Ａを用いてもよい。
図１０は、本実施形態に係る整流部材１の一変形例を示す概略図である。
図１０に示す整流部材１Ａは、フィン１２が、第１孔部１３の内周面１３ａに気体Ｇの流動特性に応じた分布に基づいて配置されている。すなわち、気体Ｇのディストーションや圧力低下が生じやすい箇所のみにフィン１２を配置しており、効果的に上記ディストーション等を解消でき、且つフィン１２の枚数を減らすことでフィン１２により生じる流動に関する損失を低減させることができる。
また、気体Ｇのディストーションや圧力低下が生じやすい箇所には長さＬを長くしたフィン１２を配置し、それ以外の部分ではより短くしたフィン１２を配置してもよい。すなわち、異なる長さＬを有するフィン１２を使用してもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では、整流部材１とコンプレッサ２とは別個の構成要素とされているが、これに限定されるものではなく、着脱自在に設けられる整流部材１とコンプレッサ２とをまとめてコンプレッサとして構成してもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、フィン１２は略矩形状に形成されていたが、これに限定されるものではなく、板厚方向から見た場合に曲線を用いた流動抵抗のより少ない形状としてもよい。
【００６４】
また、上記実施形態では、フィン１２の板厚は一定であったが、これに限定されるものではなく、ディストーションや圧力分布の偏り等の解消による効率改善の程度と損失との関係に応じて適宜変更してよい。また、第１孔部１３の径方向と直交する面でのフィン１２の断面形状を略翼形状としてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…整流部材、１１…台座部、１２…フィン（整流板）、１３…第１孔部（貫通孔部）、１３ａ…内周面、２…コンプレッサ（遠心圧縮機）、２３…吸気口、２４…インペラ（回転翼）、３…ダクト（吸気ダクト）、３１…流路、Ｇ…気体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流部材及び遠心圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機の回転翼（インペラ）に導入される気体の流れを調整するための整流装置が、特許文献１に開示されている。この整流装置は、遠心圧縮機のハウジングに一体的に設けられており、回転翼の上流側に軸周り方向で並んで配置される複数の可動板を有している。
上記整流装置は、複数の可動板の向きを調整して、回転翼に導入される気体を上記軸周り方向で旋回させる。気体が旋回しつつ回転翼に導入されることで、少流量側での遠心圧縮機の作動域を拡大することができる。
以上のように、特許文献１に開示された整流装置は、遠心圧縮機の作動域を拡大させるためのものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２６０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来技術には、以下のような課題が存在する。
遠心圧縮機には、気体が流動する流路を備える吸気ダクトが接続されているが、設置スペース等の関係から、この吸気ダクトが曲がりを有する場合がある。そして、吸気ダクト内の気体がこの曲がり部を通過することで、気体の流れに偏流や旋回流、剥離等が発生し、気体に圧力分布の偏りが生じる。この偏流や圧力分布の偏りが生じたまま気体が回転翼に導入されることで、遠心圧縮機の効率が低下していた。
ここで、特許文献１に開示された整流装置は、流動する気体を旋回させるためのものであり、上記偏流や圧力分布の偏りを積極的に解消することはできないという課題があった。
【０００５】
また、特許文献１に開示された整流装置は、遠心圧縮機に一体的に接続されていることから、吸気ダクトの形状に応じて異なる遠心圧縮機をそれぞれ準備する必要があり、吸気ダクトの仕様変更等によりその形状が変更された場合には、柔軟に対応することが困難であるという課題があった。
【０００６】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、気体の流動における偏流や圧力分布の偏りを積極的に解消し、且つ吸気ダクトの仕様変更等に柔軟に対応できる整流部材及びそれを備える遠心圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係る整流部材は、気体が流動する流路を備える吸気ダクトと、流路を介して気体が導入される吸気口を備える遠心圧縮機との間に設けられる整流部材であって、遠心圧縮機に着脱自在に設けられ、吸気口と連通する貫通孔部を備える台座部と、貫通孔部の内周面に、周方向に並んで間隔を空けて配置される複数の整流板とを有する、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、台座部が遠心圧縮機に着脱自在に設けられ、且つ複数の整流板が台座部に配置されていることから、整流部材は遠心圧縮機に着脱自在に設置されている。
また、吸気ダクトが曲がりを有し、この曲がりによって吸気ダクトの内周面近傍に気体の流動における偏流や旋回流、剥離、それらを原因とする圧力分布の偏りが生じた場合にも、台座部に複数の整流板が配置されているため、この整流板によって偏流や圧力分布の偏りが解消される。
【０００８】
また、本発明に係る整流部材は、整流板が、貫通孔部の径方向と略平行する姿勢で設けられている、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、吸気ダクトが曲がりを有する場合には、この曲がりにより吸気ダクトの内周面近傍に略周方向での気体の流れが生じるが、この気体の流れを、貫通孔部の径方向と略平行する整流板、すなわち周方向と略直交する整流板が規制し、気体の流動における偏流や旋回流の発生が防止される。
【０００９】
また、本発明に係る整流部材は、整流板が、吸気ダクト側に向けて突出している、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、吸気ダクトが曲がりを有する場合に、その曲がり部の下流側近傍に整流板が突出して設けられることで、曲がりによって生じる気体の偏流や圧力分布の偏りを迅速に解消することが可能となる。また、整流板によって気体の流れは僅かに乱流化するが、整流板が遠心圧縮機の回転翼に向けて突出していないことで、整流板を通過した後に生じる気体の乱流が沈静化するための十分な間隔を確保することが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る整流部材は、整流板が、貫通孔部の内周面に、全周に亘り配置されている、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、例えば気体の流量や流速が変化した場合に、周方向に関して偏流や圧力低下部分の生じる箇所が変化したとしても、整流板が全周に亘り配置されているため、上記偏流等を解消することが可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る整流部材は、整流板の固有振動数が、遠心圧縮機における回転翼の固有振動数と異なる値に設定されている、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、回転翼と整流板との間における共振の発生が防止され、回転翼及び整流板の破損を防ぐことが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る整流部材は、貫通孔部の径方向での整流板の高さをＨとし、吸気ダクトの内径をＤとすると、
Ｈ／Ｄ＞０．１
を満たす、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、吸気ダクト内を流動する気体の偏流、いわゆるディストーションが整流部材を通過することで十分に除去される。
【００１３】
また、本発明に係る整流部材は、貫通孔部の貫通方向での整流板の長さをＬとし、吸気ダクトの内径をＤとすると、
Ｌ／Ｄ＞０．１２
を満たす、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、吸気ダクト内を気体が周方向に旋回して流動する旋回流、いわゆるスワールが整流部材を通過することで十分に除去される。
【００１４】
また、本発明に係る整流部材は、貫通孔部の径方向での整流板の高さをＨとし、隣り合う整流板の内側端部の間における貫通孔部の中心軸線周りの円弧の長さをＳとすると、
Ｈ／Ｓ＞０．８
を満たす、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、吸気ダクト内を気体が周方向に旋回して流動する旋回流、いわゆるスワールが整流部材を通過することで十分に除去される。
【００１５】
また、本発明に係る遠心圧縮機は、請求項１から８のいずれか一項に記載の整流部材を有する、という構成を採用する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、遠心圧縮機に着脱自在に設けられる整流部材によって、気体の流動における偏流や圧力分布の偏り等が解消され、遠心圧縮機の効率を改善できるという効果がある。また、整流部材は遠心圧縮機に着脱自在であることから、吸気ダクトの仕様変更等に柔軟に対応できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態における整流部材及びその周辺の全体の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態における整流部材の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態における気体の流量とコンプレッサの効率との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施形態におけるフィンの高さとダクトの内径との間の比を変化させたときの、気体におけるディストーションの除去率の変化を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態におけるフィンの高さとダクトの内径との間の比を変化させたときの、気体が整流部材を通過するときの圧力損失係数の変化を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態におけるフィンの長さとダクトの内径との間の比を変化させたときの、気体におけるスワールの除去率の変化を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態におけるフィンの長さとダクトの内径との間の比を変化させたときの、気体が整流部材を通過するときの圧力損失係数の変化を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態におけるフィンの高さとフィン間ピッチとの間の比を変化させたときの、気体におけるスワールの除去率の変化を示すグラフである。
【図９】本発明の実施形態におけるフィンの高さとフィン間ピッチとの間の比を変化させたときの、気体が整流部材を通過するときの圧力損失係数の変化を示すグラフである。
【図１０】整流部材１の一変形例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の整流部材及び遠心圧縮機に係る実施の形態を、図１から図１０を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。また、各図面における矢印Ｆは前方向を示している。
【００１９】
図１は、本実施形態における整流部材１及びその周辺の全体の構成を示す概略図である。
整流部材１は、気体Ｇを圧縮するコンプレッサ２（遠心圧縮機）と、コンプレッサ２に導入される気体Ｇが流動するダクト３（吸気ダクト）との間に設けられ、気体Ｇの流れを整えてその偏流や圧力分布の偏り等を解消するための部材である。なお、コンプレッサ２及びダクト３を最初に説明し、整流部材１の説明は後述する。
【００２０】
コンプレッサ２は、ダクト３から導入される気体Ｇを圧縮し、圧縮された気体Ｇを外部に吐出する装置である。コンプレッサ２の外殻は、コンプレッサハウジング２１とシールプレート２２とが一体的に接続されて構成されている。コンプレッサ２は、吸気口２３と、インペラ２４（回転翼）と、ディフューザ流路２５と、スクロール流路２６とを有している。なお、コンプレッサ２は車両や冷蔵装置等に設置され、気体Ｇとしては空気や冷媒ガス等が使用される。
【００２１】
吸気口２３は、コンプレッサ２内に気体Ｇを導入するための開口部である。また、前方から見た場合に、吸気口２３は略円形に形成されている。
【００２２】
インペラ２４は、回転することでその中心軸方向の前方側から気体Ｇを導入し、導入した気体Ｇを径方向外側に送り出す回転翼である。インペラ２４は、コンプレッサハウジング２１の内部且つ吸気口２３の後方側に配置され、前後方向で延びる所定の軸周りで回転自在に設けられている。
【００２３】
インペラ２４の中心部分には、前後方向で延びる回転軸２７が貫通して一体的に接続されている。回転軸２７のインペラ２４と逆側の端部には、不図示の電動機やラジアルタービンにおけるタービンインペラ等が接続され、これらの機器の作動により回転軸２７及びインペラ２４が回転できる構成となっている。また、インペラ２４は、軸周り方向で並んで間隔を空けて配置される複数のインペラ翼２４ａを有している。
【００２４】
ディフューザ流路２５は、インペラ２４を囲んで略環状に形成された流路である。また、ディフューザ流路２５は、コンプレッサハウジング２１とシールプレート２２との間に形成され、インペラ２４の回転により送り出された気体Ｇが導入される流路である。気体Ｇは、ディフューザ流路２５内を径方向外側に向かって流動するに従い、次第に圧縮される。
【００２５】
スクロール流路２６は、インペラ２４を囲んで略渦巻状に形成され、ディフューザ流路２５と連通する流路である。スクロール流路２６にはディフューザ流路２５において圧縮された気体Ｇが導入され、スクロール流路２６に接続される不図示の吐出口を介して圧縮された気体Ｇが外部に供給される。
【００２６】
次に、ダクト３を説明する。
ダクト３は、コンプレッサ２に気体Ｇを供給するための略円筒状の管である。ダクト３の内部には、気体Ｇが流動する流路３１が形成されている。また、ダクト３は曲がり部３２と、接続部３３とを有している。
曲がり部３２は、ダクト３において曲がりが生じている箇所である。
接続部３３は、ダクト３の一端部であって、不図示の接続ボルト等を用いて整流部材１及びコンプレッサ２と接続される箇所である。接続部３３の開口部は後側から見たときに略円形に形成され、その内径は吸気口２３の径と略同一に形成されている。なお、接続部３３における内径を符号Ｄで表している。
【００２７】
次に、整流部材１の詳細を、図１及び図２を参照して説明する。
図２は、本実施形態における整流部材１の構成を示す概略図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線視断面図、（ｃ）は斜視図である。
図１に示すように、整流部材１は、コンプレッサ２とダクト３との間に設けられており、気体Ｇの流れを整えて、その偏流や圧力分布の偏り等を解消するための部材である。整流部材１は、台座部１１と、複数のフィン１２（整流板）とを有している。本実施形態における台座部１１とフィン１２とは、機械加工や鋳造等によって一体的に成形されている。なお、それぞれを別に成形し、台座部１１に対してフィン１２を接合する構成であってもよい。
【００２８】
台座部１１は、略板状の部材であって、コンプレッサハウジング２１における吸気口２３の周縁部と、ダクト３の接続部３３とにより挟持され、前後方向とその板面が直交する姿勢で設置されている。なお、整流部材１が設けられない場合は、コンプレッサハウジング２１と接続部３３とは不図示の接続ボルト等を用いて一体的に接続されるのであるが、整流部材１はこの接続ボルト等（長さは適宜調整される）を用いて着脱自在に接続されている。すなわち、整流部材１は、既存の過給機への後付けが可能なアタッチメント部材として構成してもよい。
【００２９】
図２に示すように、台座部１１は、略板状の部材であって、板厚方向で貫通する第１孔部１３（貫通孔部）と複数の第２孔部１４とを有している。
第１孔部１３は、台座部１１の略中央部に設けられ且つコンプレッサ２の吸気口２３と連通する略円形の孔部であって、吸気口２３と略同一の径で形成されている。なお、第１孔部１３は、ダクト３の流路３１とも連通しており、接続部３３における内径Ｄと略同一の径で形成されている。
第２孔部１４は、台座部１１をコンプレッサ２に接続するために用いられるものであって、コンプレッサ２と接続部３３との接続に用いられる不図示の接続ボルト等が貫通できる位置及び径で形成されている。
【００３０】
フィン１２は、ダクト３から吸気口２３へ導入される気体Ｇの流れを整え、その偏流及び圧力分布の偏り等を解消するための複数の板部材である。
複数のフィン１２は、第１孔部１３の中心軸方向で延在する略矩形の板部材であり、第１孔部１３の内周面１３ａの全周に亘り、その周方向で並んで間隔を空けて配置されている。また、フィン１２は、台座部１１の板面から前方すなわちダクト３側に突出して設けられており（図１参照）、フィン１２の前方側の端部はダクト３の曲がり部３２に近接して設けられている。一方、フィン１２の後方側の端部は、台座部１１の板面と同一位置に設けられている。
また、フィン１２は、第１孔部１３の径方向と略平行する姿勢で設けられており、ダクト３の内周面近傍を周方向に沿って流れる気体Ｇを規制することができる。
【００３１】
ここで、第１孔部１３の径方向でのフィン１２の高さを符号Ｈで表し、第１孔部１３の貫通方向でのフィン１２の長さを符号Ｌで表し、隣り合うフィン１２の内側端部の間における第１孔部１３の中心軸線周りの円弧の長さ（以下、「フィン間ピッチ」と称する）を符号Ｓで表している。フィン間ピッチＳは、全てのフィン１２間において同一となっている。
フィン１２の高さＨは、ダクト３の形状により生じる吸気口２３近傍での気体Ｇの圧力分布と、フィン１２により生じる気体Ｇの流動に関する損失との関係に応じて設定されている。すなわち、気体Ｇの流動における偏流や圧力分布の偏り等を解消することによるコンプレッサ２の効率改善の程度と、フィン１２を配置することにより生じる気体Ｇの流動に関する損失とを比較して、フィン１２の高さＨを設定することで、コンプレッサ２の効率を最大化することが可能となる。
【００３２】
また、フィン１２の長さＬは、ダクト３内での気体Ｇの圧力分布と、フィン１２により生じる気体Ｇの流動に関する損失との関係に応じて設定されている。すなわち、気体Ｇの流動における偏流や圧力分布の偏り等を解消することによるコンプレッサ２の効率改善の程度と、フィン１２を配置することにより生じる気体Ｇの流動に関する損失とを比較して、フィン１２の長さＬを設定することで、コンプレッサ２の効率を最大化することが可能となる。
【００３３】
また、フィン１２の固有振動数は、コンプレッサ２におけるインペラ２４の固有振動数と異なる値に設定されている。インペラ２４はその回転に伴い振動するが、フィン１２の固有振動数がインペラ２４とは異なる値に設定されているため、フィン１２とインペラ２４との間で共振は発生せず、フィン１２及びインペラ２４の破損（特にインペラ翼２４ａの破損）を防止することが可能となる。
【００３４】
続いて、本実施形態に係る整流部材１の気体Ｇに対する整流作用について説明する。
まず、気体Ｇが、ダクト３の流路３１内を、コンプレッサ２に向かって流動する。
ここで、ダクト３には曲がり部３２が存在し、気体Ｇが曲がり部３２近傍を流動することで、気体Ｇには偏流（いわゆるディストーション）、気体Ｇが周方向に旋回して流動する旋回流（いわゆるスワール）、剥離及びこれらを原因とする圧力分布の偏りが生じる。
【００３５】
例えば、曲がり部３２における曲がりの外側には、上流側からの気体Ｇが直進しようとするため、気体Ｇが衝突する。そして、衝突した気体Ｇは、ダクト３の内周面に沿って略周方向で流動する。そのため、ダクト３内では気体Ｇのディストーションやスワールが発生し、これらを原因とする圧力分布の偏りも生じる。
一方、曲がり部３２における曲がりの内側では、上流側からの気体Ｇが直進しようとするため、気体Ｇに剥離が発生する。また、この剥離を原因とする圧力分布の偏りも生じる。
【００３６】
もっとも、本実施形態では、複数のフィン１２が第１孔部１３の径方向と略平行する姿勢で設けられているために、ダクト３の内周面に沿って略周方向で流動する気体Ｇの流れを規制することができる。よって、気体Ｇにおけるディストーション、スワール及びこれらを原因とする圧力分布の偏りを解消することができる。
また、フィン１２は、ダクト３に向かって突出し、フィン１２の先端部は曲がり部３２の近傍に配置されているため、曲がり部３２の曲がりの内側で生じる気体Ｇの剥離を解消することができる。よって、気体Ｇの剥離を原因とする圧力分布の偏りを解消することができる。
【００３７】
また、フィン１２は、第１孔部１３の内周面１３ａに全周に亘り設けられている。そのため、例えば気体Ｇの流量又は流速等が変化することで、気体Ｇのディストーションが生じる箇所、又は圧力分布が変動したとしても、全周に亘って設けられたフィン１２が気体Ｇのディストーション等を解消することができる。
【００３８】
整流部材１によって、気体Ｇのディストーション、スワール、剥離及びこれらを原因とする圧力分布の偏りが解消された後に、気体Ｇはコンプレッサ２の吸気口２３を介してインペラ２４に導入される。インペラ２４は、回転軸２７に接続された電動機等の作動により回転し、導入された気体Ｇを径方向外側のディフューザ流路２５に向けて送り出す。気体Ｇはディフューザ流路２５で圧縮されて昇圧し、スクロール流路２６を介して外部に圧縮された気体Ｇが供給される。
【００３９】
このように、ディストーションや圧力分布の偏り等を解消した気体Ｇがインペラ２４に導入されるために、曲がり部３２を有するダクト３を用いたとしても、コンプレッサ２の効率低下を防ぐことができる。
【００４０】
なお、フィン１２が設けられることで、気体Ｇの流動に関する損失が生じる。もっとも、フィン１２の高さＨ及び長さＬは、コンプレッサ２の効率改善の程度と、上記損失との比較に基づいて設定されていることから、コンプレッサ２の効率を最大化することができる。
【００４１】
ここで、整流部材１を設けることによるコンプレッサ２の効率改善の結果を、図３を参照して説明する。
図３は、気体Ｇの流量とコンプレッサ２の効率との関係を示す図である。
図３において、実線は、吸気ダクトが直管である場合のコンプレッサ２の効率を示し、鎖線は、本実施形態における整流部材１を用いずにダクト３をコンプレッサ２と直接接続した場合のコンプレッサ２の効率を示し、一点鎖線は、本実施形態における整流部材１を介してダクト３をコンプレッサ２に接続した場合のコンプレッサ２の効率を示している。
図３に示すように、整流部材１をコンプレッサ２とダクト３との間に設置することで、曲がり部３２を有するダクト３を直接にコンプレッサ２へ接続した場合に比べ、コンプレッサ２の効率を改善できることが判明した。
【００４２】
続いて、整流部材１におけるフィン１２の設計指針について説明する。
上述したように、フィン１２は、ダクト３内を流動する気体Ｇに生じるディストーションやスワール等を除去する作用を有している。なお、フィン１２の寸法（高さＨや長さＬ等）を変化させることで、ディストーションやスワールの除去率及び整流部材１を通過する気体Ｇの圧力損失の値が変化する。そこで、ディストーションやスワールを十分に除去できるフィン１２の設計指針を以下に説明する。また、ディストーションやスワールを除去することに加えて圧力損失を抑制できるフィン１２の設計指針も説明する。
【００４３】
最初に、フィン１２の高さＨとダクト３の内径Ｄとの関係について説明する。
図４は、フィン１２の高さＨとダクト３の内径Ｄとの間の比を変化させたときの、気体Ｇにおけるディストーションの除去率の変化を示すグラフである。また、図５は、フィン１２の高さＨとダクト３の内径Ｄとの間の比を変化させたときの、気体Ｇが整流部材１を通過するときの圧力損失係数の変化を示すグラフである。
【００４４】
図４に示すように、高さＨと内径Ｄとの比であるＨ／Ｄが０．１より大きければ、ディストーションを十分に除去できる。よって、ディストーションを十分に除去するためには、フィン１２の高さＨが内径Ｄとの関係において、
Ｈ／Ｄ＞０．１ …（１）
を満たすことが望ましい。
【００４５】
また、図５に示すように、高さＨと内径Ｄとの比であるＨ／Ｄが０．１６より大きければ、気体Ｇが整流部材１を通過するときの圧力損失係数が大きく上昇し、圧力損失が急激に増大する。そのため、圧力損失を低く抑えるためには、フィン１２の高さＨが内径Ｄとの関係において、
Ｈ／Ｄ＜０．１６ …（２）
を満たすことが望ましい。
【００４６】
圧力損失を低く抑えつつディストーションを十分に除去することは、整流部材１においていずれも満たすべき性能である。そのため、上記式（１）及び式（２）より、フィン１２の高さＨが内径Ｄとの関係において、
０．１＜Ｈ／Ｄ＜０．１６ …（３）
を満たすことが望ましい。
さらに、ディストーションの除去率と圧力損失とのバランスから、フィン１２の高さＨが内径Ｄとの関係において、
０．１＜Ｈ／Ｄ＜０．１２ …（４）
を満たすことが望ましい。
【００４７】
したがって、式（１）を設計指針としてフィン１２を設計することで、ディストーションを十分に除去できる整流部材１を設計・製作することが可能となる。また、式（３）を設計指針としてフィン１２を設計することで、圧力損失を低く抑えつつディストーションを十分に除去できる整流部材１を設計・製作することが可能となる。
【００４８】
次に、フィン１２の長さＬとダクト３の内径Ｄとの関係について説明する。
図６は、フィン１２の長さＬとダクト３の内径Ｄとの間の比を変化させたときの、気体Ｇにおけるスワールの除去率の変化を示すグラフである。また、図７は、フィン１２の長さＬとダクト３の内径Ｄとの間の比を変化させたときの、気体Ｇが整流部材１を通過するときの圧力損失係数の変化を示すグラフである。
【００４９】
図６に示すように、長さＬと内径Ｄとの比であるＬ／Ｄが０．１２より大きければ、スワールの除去率は略一定の値を示し、スワールを十分に除去できる。よって、スワールを十分に除去するためには、フィン１２の長さＬが内径Ｄとの関係において、
Ｌ／Ｄ＞０．１２ …（５）
を満たすことが望ましい。
【００５０】
また、図７に示すように、長さＬと内径Ｄとの比であるＬ／Ｄが０．６より大きければ、気体Ｇが整流部材１を通過するときの圧力損失係数が大きく上昇し、圧力損失が急激に増大する。そのため、圧力損失を低く抑えるためには、フィン１２の長さＬが内径Ｄとの関係において、
Ｌ／Ｄ＜０．６ …（６）
を満たすことが望ましい。
【００５１】
圧力損失を低く抑えつつスワールを十分に除去することは、整流部材１においていずれも満たすべき性能である。そのため、上記式（５）及び式（６）より、フィン１２の長さＬが内径Ｄとの関係において、
０．１２＜Ｌ／Ｄ＜０．６ …（７）
を満たすことが望ましい。
さらに、スワールの除去率と圧力損失とのバランスから、フィン１２の長さＬが内径Ｄとの関係において、
０．１２＜Ｌ／Ｄ＜０．３ …（８）
を満たすことが望ましい。
【００５２】
したがって、式（５）を設計指針としてフィン１２を設計することで、スワールを十分に除去できる整流部材１を設計・製作することが可能となる。また、式（７）を設計指針としてフィン１２を設計することで、圧力損失を低く抑えつつスワールを十分に除去できる整流部材１を設計・製作することが可能となる。
【００５３】
次に、フィン１２の高さＨとフィン間ピッチＳとの関係について説明する。なお、フィン間ピッチＳは、上述したように、隣り合うフィン１２の内側端部の間における第１孔部１３の中心軸線周りの円弧の長さである。
図８は、フィン１２の高さＨとフィン間ピッチＳとの間の比を変化させたときの、気体Ｇにおけるスワールの除去率の変化を示すグラフである。また、図９は、フィン１２の高さＨとフィン間ピッチＳとの間の比を変化させたときの、気体Ｇが整流部材１を通過するときの圧力損失係数の変化を示すグラフである。
【００５４】
図８に示すように、高さＨとフィン間ピッチＳとの比であるＨ／Ｓが０．８より大きければ、スワールの除去率は略一定の値を示し、スワールを十分に除去できる。よって、スワールを十分に除去するためには、フィン間ピッチＳが高さＨとの関係において、
Ｈ／Ｓ＞０．８ …（９）
を満たすことが望ましい。
【００５５】
また、図９に示すように、高さＨとフィン間ピッチＳとの比であるＨ／Ｓが１．３より大きいと、整流部材１における圧力損失係数の許容値Ｐを超えてしまい、圧力損失によるコンプレッサ２の性能低下が無視できなくなる。そのため、圧力損失係数を許容値Ｐよりも低く抑えるためには、フィン間ピッチＳが高さＨとの関係において、
Ｈ／Ｓ＜１．３ …（１０）
を満たすことが望ましい。
【００５６】
圧力損失を低く抑えつつスワールを十分に除去することは、整流部材１においていずれも満たすべき性能である。そのため、上記式（９）及び式（１０）より、フィン間ピッチＳが高さＨとの関係において、
０．８＜Ｈ／Ｓ＜１．３ …（１１）
を満たすことが望ましい。
【００５７】
したがって、式（９）を設計指針としてフィン１２を設計することで、スワールを十分に除去できる整流部材１を設計・製作することが可能となる。また、式（１１）を設計指針としてフィン１２を設計することで、圧力損失を低く抑えつつスワールを十分に除去できる整流部材１を設計・製作することが可能となる。
【００５８】
なお、台座部１１に配置されるフィン１２の枚数は、フィン１２の高さＨとフィン間ピッチＳとの比が
Ｈ／Ｓ＝１．０ …（１２）
で取りうる最大の枚数とする。ただし、式（１２）に基づいたフィン１２の枚数と、インペラ翼２４ａの枚数とが同一である場合は、フィン１２の枚数は、式（１２）に基づいたフィン１２の枚数を１枚増加又は減少させた枚数とする。これは、複数のフィン１２とインペラ２４との共振の発生を防ぐためである。
【００５９】
したがって、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、コンプレッサ２に着脱自在に設けられる整流部材１によって、流動する気体Ｇにおけるディストーションやスワール、圧力分布の偏り等が解消され、コンプレッサ２の効率を改善できるという効果がある。また、整流部材１はコンプレッサ２に着脱自在であることから、ダクト３の仕様変更等に柔軟に対応できるという効果がある。
【００６０】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００６１】
例えば、上記実施形態では、フィン１２は、第１孔部１３の内周面１３ａに全周に亘って設けられているが、これに限定されるものではなく、図１０に示す整流部材１Ａを用いてもよい。
図１０は、本実施形態に係る整流部材１の一変形例を示す概略図である。
図１０に示す整流部材１Ａは、フィン１２が、第１孔部１３の内周面１３ａに気体Ｇの流動特性に応じた分布に基づいて配置されている。すなわち、気体Ｇのディストーションや圧力低下が生じやすい箇所のみにフィン１２を配置しており、効果的に上記ディストーション等を解消でき、且つフィン１２の枚数を減らすことでフィン１２により生じる流動に関する損失を低減させることができる。
また、気体Ｇのディストーションや圧力低下が生じやすい箇所には長さＬを長くしたフィン１２を配置し、それ以外の部分ではより短くしたフィン１２を配置してもよい。すなわち、異なる長さＬを有するフィン１２を使用してもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では、整流部材１とコンプレッサ２とは別個の構成要素とされているが、これに限定されるものではなく、着脱自在に設けられる整流部材１とコンプレッサ２とをまとめてコンプレッサとして構成してもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、フィン１２は略矩形状に形成されていたが、これに限定されるものではなく、板厚方向から見た場合に曲線を用いた流動抵抗のより少ない形状としてもよい。
【００６４】
また、上記実施形態では、フィン１２の板厚は一定であったが、これに限定されるものではなく、ディストーションや圧力分布の偏り等の解消による効率改善の程度と損失との関係に応じて適宜変更してよい。また、第１孔部１３の径方向と直交する面でのフィン１２の断面形状を略翼形状としてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…整流部材、１１…台座部、１２…フィン（整流板）、１３…第１孔部（貫通孔部）、１３ａ…内周面、２…コンプレッサ（遠心圧縮機）、２３…吸気口、２４…インペラ（回転翼）、３…ダクト（吸気ダクト）、３１…流路、Ｇ…気体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が流動する流路を備える吸気ダクトと、前記流路を介して前記気体が導入される吸気口を備える遠心圧縮機との間に設けられる整流部材であって、
前記遠心圧縮機に着脱自在に設けられ、前記吸気口と連通する貫通孔部を備える台座部と、
前記貫通孔部の内周面に、周方向に並んで間隔を空けて配置される複数の整流板とを有することを特徴とする整流部材。
【請求項２】
請求項１に記載の整流部材において、
前記整流板は、前記貫通孔部の径方向と略平行する姿勢で設けられていることを特徴とする整流部材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の整流部材において、
前記整流板は、前記吸気ダクト側に向けて突出していることを特徴とする整流部材。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の整流部材において、
前記整流板は、前記貫通孔部の内周面に、全周に亘り配置されていることを特徴とする整流部材。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の整流部材において、
前記整流板の固有振動数は、前記遠心圧縮機における回転翼の固有振動数と異なる値に設定されていることを特徴とする整流部材。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の整流部材において、
前記貫通孔部の径方向での前記整流板の高さをＨとし、前記吸気ダクトの内径をＤとすると、
Ｈ／Ｄ＞０．１
を満たすことを特徴とする整流部材。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の整流部材において、
前記貫通孔部の貫通方向での前記整流板の長さをＬとし、前記吸気ダクトの内径をＤとすると、
Ｌ／Ｄ＞０．１２
を満たすことを特徴とする整流部材。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の整流部材において、
前記貫通孔部の径方向での前記整流板の高さをＨとし、隣り合う前記整流板の内側端部の間における前記貫通孔部の中心軸線周りの円弧の長さをＳとすると、
Ｈ／Ｓ＞０．８
を満たすことを特徴とする整流部材。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の整流部材を有することを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項１】
気体が流動する流路を備える吸気ダクトと、前記流路を介して前記気体が導入される吸気口を備える遠心圧縮機との間に設けられる整流部材であって、
前記遠心圧縮機に着脱自在に設けられ、前記吸気口と連通する貫通孔部を備える台座部と、
前記貫通孔部の内周面に、周方向に並んで間隔を空けて配置される複数の整流板とを有することを特徴とする整流部材。
【請求項２】
請求項１に記載の整流部材において、
前記整流板は、前記貫通孔部の径方向と略平行する姿勢で設けられていることを特徴とする整流部材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の整流部材において、
前記整流板は、前記吸気ダクト側に向けて突出していることを特徴とする整流部材。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の整流部材において、
前記整流板は、前記貫通孔部の内周面に、全周に亘り配置されていることを特徴とする整流部材。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の整流部材において、
前記整流板の固有振動数は、前記遠心圧縮機における回転翼の固有振動数と異なる値に設定されていることを特徴とする整流部材。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の整流部材において、
前記貫通孔部の径方向での前記整流板の高さをＨとし、前記吸気ダクトの内径をＤとすると、
Ｈ／Ｄ＞０．１
を満たすことを特徴とする整流部材。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の整流部材において、
前記貫通孔部の貫通方向での前記整流板の長さをＬとし、前記吸気ダクトの内径をＤとすると、
Ｌ／Ｄ＞０．１２
を満たすことを特徴とする整流部材。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の整流部材において、
前記貫通孔部の径方向での前記整流板の高さをＨとし、隣り合う前記整流板の内側端部の間における前記貫通孔部の中心軸線周りの円弧の長さをＳとすると、
Ｈ／Ｓ＞０．８
を満たすことを特徴とする整流部材。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の整流部材を有することを特徴とする遠心圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２５６８３１（Ｐ２０１１−２５６８３１Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３４１５０（Ｐ２０１０−１３４１５０）
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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