遠心圧縮機のスクロール構造
【課題】舌部近傍におけるスクロール断面形状を改良して、舌部近傍において出口流路からスクロール流路への再循環流れの発生を抑制し、小流量作動点における圧縮機性能の向上、および耐サージング性を向上する遠心圧縮機のスクロール構造を提供することを目的とする。
【解決手段】渦巻状に形成されたスクロール流路１３が設けられた遠心圧縮機１のスクロール構造において、スクロール流路１３はスクロール流路１３の巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部２３の断面形状がディフューザ出口流路の高さと同一高さを有して扁平形状に形成された扁平接続部Ａと、該扁平接続部Ａの扁平断面形状から円形断面形状に周方向に沿って徐々に戻る変化部２１と、を有したことを特徴とする。
【解決手段】渦巻状に形成されたスクロール流路１３が設けられた遠心圧縮機１のスクロール構造において、スクロール流路１３はスクロール流路１３の巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部２３の断面形状がディフューザ出口流路の高さと同一高さを有して扁平形状に形成された扁平接続部Ａと、該扁平接続部Ａの扁平断面形状から円形断面形状に周方向に沿って徐々に戻る変化部２１と、を有したことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用、舶用ターボチャージャ等に用いられる遠心圧縮機のスクロール構造（渦巻室構造）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、スクロール構造について種々の工夫がされている。
【０００３】
従来技術として、例えば、特許文献１（特許４４９２０４５号公報）には、渦巻状に形成されたスクロール流路が設けられたケーシングを備えた遠心圧縮機であって、そのスクロール流路の軸方向の流路幅が、径方向内方から外方へかけて徐々に拡大していき、径方向の流路副の中間点よりも径方向外側で最大となるように形成される技術が示されている。
【０００４】
また、特許文献２（特公表２０１０−５２９３５８号公報）には、ターボチャージャ用の遠心圧縮機に関して、螺旋型のハウジングとディフューザとを備え、ディフューザが、螺旋形ハウジング(スクロール)の移行領域若しくは舌部の位置する領域における負圧域が低減されるように、その径を拡張されて形成されることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４９２０４５号公報
【特許文献２】特表２０１０−５２９３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１１、１２に示すようにスクロール１３の断面形状は一般的には、図１２で示すように円形に形成され、スクロール１３の巻き始めと巻き終わりの流路接続部０４は、図１１の舌部０５の部分で接続されている。
図１１はスクロール圧縮機の正面図を示し、その舌部０５から時計方向に所定角度Δθ毎にθ１、θ２、…におけるスクロール断面形状を重ねて表したものを図１２に示している。
舌部０５においては、流路接続部０４が図１２の斜線で示すように円形部０９と該円形部０９に接するようにディフューザ部０１１が接続した形状を有している。
【０００７】
スクロール内の周方向静圧力は図１３に示すように、大流量作動点では、スクロールの巻き初めから巻き終わりにかけて増速流れとなり、巻き始めにおける圧力は巻き終わりにおける圧力よりも高くなることから、舌部（スクロール流路部と出口流路部との接続部）０５での、巻き終わりから巻き始めへ流れる再循環流れは殆ど生じない。
【０００８】
他方、小流量作動点では、スクロールの巻き初めから巻き終わりにかけて減速流れとなり、巻き始めにおける圧力は巻き終わりにおける圧力よりも低くなることから、舌部において巻き終わりから巻き始めへの再循環流れが発生する。この現象によってスクロール内では次のような損失が形成される。
【０００９】
（１）第１は剥離損失である。スクロール吐出出口へ向かう流れは、スクロール内壁外周に沿った旋回流れとなっているが、このうち壁面近傍の境界層流れは舌部の流路接続部の圧力勾配によってスクロール巻き始めへと吸い込まれ、再循環流れが発生する。このとき舌部の流路接続部では剥離が発生し、高損失域が形成される。
（２）第２は摩擦損失である。剥離によって、エネルギーを失った再循環流れはスクロール流路断面の中央部に集積するが、このような流れは圧力が低下していることから、スクロール断面中心に向かう圧力勾配を助長し、結果として、スクロール流路断面内における流れの旋回速度が増加する。このため、スクロール流路断面における摩擦損失が増大する。
【００１０】
以上のように、小流量作動点におけるスクロール内の主な損失生成要因は、舌部における再循環流れの発生にあるといえる。
【００１１】
前記特許文献１には、スクロール流路の断面形状を円形でない特異な形状としてスクロール流路内における旋回流れの特性を改善する技術が示されているが、舌部近傍における再循環流れを抑制することによる性能向上までは開示されていない。また、特許文献２においては、舌部近傍における負圧域を低減することは示されているものの、ディフューザによる改良に関するものであり、スクロール断面形状の改良による性能向上については開示されていない。
【００１２】
そこで、本発明は、これら問題に鑑みてなされたもので、舌部近傍におけるスクロール断面形状を改良して、舌部近傍においてディフューザ１１出口流路からスクロール流路１３への再循環流れの発生を抑制し、小流量作動点における圧縮機性能の向上、および耐サージング性を向上する遠心圧縮機のスクロール構造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】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明は、渦巻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は、スクロール流路の巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部の断面形状がディフューザ出口流路の高さと同一高さを有して扁平形状に形成された扁平接続部と、該扁平接続部の扁平断面形状から円形断面形状に周方向に沿って徐々に戻る変化部と、を有したことを特徴とする。
【００１４】
かかる発明によれば、スクロール流路の巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部の断面形状を、ディフューザ出口流路の高さと同一高さを有した扁平形状によって接続するため、従来技術（図１２参照）のように円形形状による接続部に比べて、流通面積を小さくすることができ、再循環流れの流入を抑制できる。
【００１５】
また、本発明において好ましくは、前記変化部の周方向長さが前記流路接続部のディフューザ出口からスクロール流路内へ流れた流体が断面内をほぼ１周旋回するのに要する長さに設定されるとよい。
このように、１周旋回するのに要する周方向長さを有して、徐々に円形形状に戻すことによって、極端な断面形状変化によって生じる二次流れ損失を防止して、スクロール通路内の流れを円滑にすることができる。
また、ほぼ１周旋回する長さに設定して円形形状に戻すため、１旋回した後には円形形状として円滑な旋回流れとすることができる。
【００１６】
また、本発明において好ましくは、前記変化部の周方向長さは、圧縮機ホイールの回転中心と前記流路接続部の舌部とを結ぶ線からの周方向角度でほぼ３０°とするとよい。シミュレーション計算結果または実機による試験によって確認した結果では、スクロール流路内の流速にもよるが、舌部からほぼ３０°の間で、断面内を１周旋回するためである。
【００１７】
また、本発明において好ましくは、前記変化部での前記扁平形状から円形形状への変化において、下流側断面形状に部分的に扁平部を設け、該扁平部が徐々に縮小して円形形状に変化するとよい。
【００１８】
このように扁平部を一部に残しつつ該扁平部を縮小するように円形形状に変化させるため、断面形状の極端な変化がなく、滑らかに円形形状に変化でき、二次流れ損失を防止した円滑な旋回流れにできる。
【００１９】
また、本発明において好ましくは、前記変化部での前記扁平形状から円形形状への変化において、ディフューザ高さと同一の高さを有した扁平形状の一方面をディフューザの高さ方向の一方面と一致させつつ、ディフューザ出口からの流体流出方向に対向する面を円弧形状に形成し、該円弧形状の円弧面が徐々に広がって円形形状に戻るように変化するとよい。
【００２０】
そして、前記円弧形状の円弧中心を、ディフューザ出口端部に位置させるとよく、または、スクロール通路の中心に位置させるとよく、または、ディフューザ出口流路高さと同一高さの線上に位置させて断面形状が円形形状に進むに従って、ディフューザ出口端部に近づくように変化させるとよい。
【００２１】
このように、ディフューザ出口からの流体流出方向に対向する面を円弧形状に形成し、該円弧形状の面を徐々に広げて円形形状に戻るように変化させている。これは、ディフューザ出口からの流体はスクロールの巻き始めではスクロール断面内の全てには存在せず、スクロールの外周に偏った流れとなるから、その偏った流れに沿うように、断面形状を形成することで、ディフューザ出口からの流体流れに沿った断面形状とすることができ、円形形状へより滑らかに変化でき、二次流れ損失を防止した円滑な断面変化とすることができる。
【００２２】
また、円弧中心を、ディフューザ出口端部ではなく、スクロール通路の中心、または、ディフューザ出口流路高さと同一高さの線上を変化させて位置させることによって、スクロール通路の舌部近傍でのディフューザ長さを、見かけ上長くでき、舌部の近傍での圧力を上昇させることができる。この結果、周方向静圧分布を均一化することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、渦巻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は、スクロール流路の巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部の断面形状がディフューザ出口流路の高さと同一高さを有して扁平形状に形成された扁平接続部と、該扁平接続部の扁平断面形状から円形断面形状に周方向に沿って徐々に戻る変化部と、を有したので、スクロール流路の巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部の断面形状を、ディフューザ出口流路の高さと同一高さを有した扁平形状によって接続することで、従来技術（図１２参照）のように円形形状による接続部に比べて、流通面積を小さくすることができ、再循環流れの流入を抑制でき、小流量作動点における圧縮機性能を向上する遠心圧縮機のスクロール構造を得ることができる。さらに、ディフューザ出口分布の不均一は、羽根車入口における不均一な流量分布をもたらし、その結果、羽根車における失速、ひいてはサージングの発生を誘発するが、本発明により周方向静圧分布を均一化することによって耐サージング性を向上する遠心圧縮機のスクロール構造を得ることができる。
さらに、再循環流れを抑制する為、再循環流れに相当する流量を考慮する必要がなく、結果的にスクロール断面積を小さく、小型軽量化できる遠心圧縮機のスクロール構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態における遠心圧縮機の全体概要図を示す。
【図２】実施形態の遠心圧縮機の断面図である。
【図３】第１実施形態のスクロール断面形状の変化状態を示す説明図である。
【図４】第２実施形態のスクロール断面形状の変化状態を示す説明図である。
【図５】第３実施形態のスクロール断面形状の変化状態を示す説明図である。
【図６】第４実施形態のスクロール断面形状の変化状態を示す説明図である。
【図７】第５実施形態のスクロール断面形状の変化状態を示す説明図である。
【図８】スクロール通路内の舌部近傍の旋回状態を示す流線を示す説明図である。（ａ）は、全体図、（ｂ）は巻き角度θ＝９０°のとき、（ｃ）は巻き角度θ＝７５°のとき、（ｄ）は巻き角度θ＝６０°（舌部）のときを示す。
【図９】流路接続部近傍の断面変化の状態を模式的に示した説明図である。
【図１０】図９対応の従来技術説明図である。
【図１１】従来技術説明図である。
【図１２】従来技術説明図である。
【図１３】スクロール周方向静圧分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。
但し、この実施形態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。
【００２６】
（第１実施形態）
図１は本発明の遠心圧縮機１の断面概要図を示す。本実施形態はターボチャージャに適用される遠心圧縮機１を示すものであり、図示しないタービンに駆動された回転軸３に固定されたハブ５の表面に複数のコンプレッサ翼７が立設され、そのコンプレッサ翼７の外側をコンプレッサハウジング９が覆っている。また、コンプレッサ翼７の外周側にディフューザ１１が形成され、さらに、このディフューザ１１の周囲にはスクロール流路１３が形成されている。
【００２７】
スクロール流路１３の断面図を図２に示す。コンプレッサハウジング９は、スクロール流路１３と、該スクロール流路１３に連通する直線状の出口流路１５とを備えており、スクロール流路１３は、その巻き始め部１７から図２に示す右回りに巻き角度θが大きくなるに伴い、その流路断面積が増加し、巻き角度θが約３６０°を超え、さらに進むと巻き終わり部１９に達する。また、スクロール流路１３には、スクロール流路１３の断面形状が扁平形状から円形形状に変化する変化部２１を有している。この変化部２１については後述する。
【００２８】
また、本実施形態では、巻き角度θは、図２のように水平位置をθ＝０°として、スクロール流路の巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部２３の舌部２５の位置と圧縮ホイール８の中心Ｘとを結ぶ線をほぼθ＝６０°に設定されている。
【００２９】
次にスクロール流路１３の断面形状について説明する。
図３に示すように、スクロール流路１３の巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部２３の断面形状は、ディフューザ１１の出口流路の高さと同一高さを有して扁平形状に形成された扁平接続部Ａからなっている。
【００３０】
この扁平接続部Ａは、図９に概略的に示されているように、流路接続部２３において、ディフューザ１１の出口流路と同一高を有して扁平状に形成されている。その扁平形状から、巻き角度θの増加に伴って、円形形状へと徐々に変化して略θ＝９０°までに、円形の断面形状に戻るようになっている。この扁平断面形状から円形形状にもどる範囲を、スクロール流路１３の変化部２１として設定している。
なお、変化部２１の長さが長いと本来の円形断面に戻る時期が遅くなり、性能に影響するため、θ＝９０°〜１８０°には遅くとも円形に戻す必要がある。
【００３１】
変化部２１の巻き始めのθ＝６０°から略θ＝９０°の範囲においては、巻き始め部１７に、ディフューザ１１から流出した流体がスクロール流路１３の断面内をほぼ１周旋回する長さとして設定されており、その１旋回した後に、円形断面形状に沿って円滑な旋回流れとするためである。なお、変化部２１以降の角度位置においては円形形状となってスクロール通路の巻き終わり部１９に達する。
【００３２】
スクロール内の流れは、スクロール出口に向かう周方向流れの主流と、その主流に沿ってスクロール流路内を旋回しながら流れる旋回流とを伴う。このため、巻き始め部１７にディフューザ１１から流出した流れを、円形形状に沿う旋回流れに戻すことはスムーズな流れを形成する上で自然でありかつ必要である。
流路接続部２３の近傍では流れはスクロール断面内全てには存在せず、ディフューザ１１から出た流れはスクロール外周に偏った流れとなっているため、スクロール断面内をほぼ１旋回する長さの後には円形形状として円滑な旋回流れとすることが必要であるので、ほぼ１旋回分の長さとしている。
【００３３】
この１旋回状態を、図８を参照して説明する。図８（ａ）は流路接続部２３近傍のディフューザ１１からの出口流れの流線を、シミュレーションによる算出結果を基に示したものである。
この図８（ｄ）では、巻き角度θ＝約６０°の舌部位置における流線が示され、スクロール外周側に偏った旋回流が開始される状態が示されている。
また、図８（ｃ）では、巻き角度θ＝７５°での流線が示され、スクロール外周側への偏りが進み、ほぼ半分旋回した状態までスクロール内部での旋回流が進んでいる。
また、図（ｂ）では、巻き角度θ＝９０°での流線が示され、スクロール外周側への偏りがさらに進み、ほぼ１周旋回した状態まで旋回流が進んでいる。
【００３４】
このように、シミュレーションによる計算結果を基に流線を算出すると、巻き角度θが略９０°までに、スクロール断面内をほぼ１旋回する。旋回流量や旋回速度は運転条件よって変化するが、巻き角度がほぼ９０°、すなわち、舌部２５からの周方向範囲では、ほぼ３０°内に円形形状に戻すことが適切であることが分かる。
【００３５】
スクロール流路１３に形成された変化部２１における断面形状が必要円形状に戻る状態および変化部２１以降のスクロール流路１３の断面変化形状を図３に示す。
図３より、ディフューザ１１の高さと一致させた扁平接続部Ａが形成されており、該扁平接続部Ａの先端部分は外側壁の形状に沿わせて先端エッジ部Ｅに形成されているが、曲率をつけて形成してもよい、曲率に形成することで先端エッジ部による局部的な剥離や乱流の生成等を防止できる（他の実施形態においても同様である。）。
【００３６】
また、扁平接続部Ａの一方の扁平面をディフューザ１１の高さの一方面と一致させつつ、他方面側を徐々に円弧形状の径を大きくするように変化させることによって、必要円形形状に戻している。
具体的には、図２の舌部２５の位置、すなわち、巻き角度（周方向角度）θ０＝６０°において扁平接続部Ａの形状となっており、この角度θ０から一定角度Δθ変化したθ１においては、半径Ｒ１の円形形状となっており、さらに、一定角度Δθ変化したθ２においては、半径Ｒ２の円形形状となっていて、さらに、一定角度Δθ変化したθ３においては、半径Ｒ３の円形形状となっているように、順次所定の大きさの円形へと変化する。そして、変化部２１によって必要円形形状に戻った後は、円形形状となってスクロール通路の巻き終わり部１９に達する。
【００３７】
以上のように、第１実施形態においては、スクロール流路１３の巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部２３の断面形状を、ディフューザ１１１の出口流路の高さと同一高さを有した扁平接続部Ａによって接続するため、従来技術（図１２参照）の円形形状による接続部に比べて、流通面積を小さくすることができ、再循環流れの流入を抑制できる。
【００３８】
また、変化部２１の周方向長さが流路接続部２３のディフューザ出口からスクロール流路内へ流れた流体が断面内をほぼ１周旋回するのに要する長さに設定されるので、徐々に円形形状に戻すことによって、極端な断面形状変化によって生じる二次流れ損失を防止して、スクロール通路内の流れを円滑にすることができる。
また、ほぼ１周旋回する長さに設定して円形形状に戻すため、１旋回した後には円形形状として円滑な旋回流れとすることができる。
【００３９】
（第２実施形態）
次に、図４を参照して、第２実施形態について説明する。
図４に示すように、変化部２１での扁平接続部Ａから円形形状への変化において、下流側断面形状に部分的に扁平部Ｈを設け、該扁平部Ｈが徐々に縮小して円形形状に変化することを特徴とする。
前記第１実施形態では、扁平接続部Ａの扁平形状から直ぐに小円形形状へと変化して、その円形形状の半径がＲ１から順次大きく変化していくが、第２実施形態では変化中に扁平部Ｈを設けて、扁平部Ｈを縮小しながら順次円形に変化していく。
【００４０】
具体的には、図４のように舌部２５位置の巻き角度θ０＝６０°において扁平接続部Ａの形状となっており、扁平部Ｈ０を有し、この角度θ０から一定角度Δθ変化したθ１においては、扁平部Ｈ１となり、さらに、一定角度Δθ変化したθ２においては、扁平部Ｈ２となり、さらに、一定角度Δθ変化したθ３においては、扁平部Ｈ３となっているように、順次扁平部が縮小するようにして所定の大きさの円形へと変化する。
【００４１】
図４のように扁平接続部Ａの一方の扁平面をディフューザ１１の高さの一方面と一致させつつ、他方面の扁平部Ｈの高さを徐々に大きくするとともに、幅を徐々に縮小して円弧形状へと変化させて円形形状に変化させる。
【００４２】
このように、扁平接続部Ａの扁平部Ｈを一部に設けつつ円形形状へと変化させるため、断面変化が急にならず、より円滑に円形形状に戻すことができ、極端な断面形状変化によって生じる剥離の発生を防止して、スクロール流路１３内の流れを円滑にすることができる。
【００４３】
（第３実施形態）
図５を参照して、第３実施形態について説明する。
第１実施形態では小円形形状から順次大きくし、また第２実施形態は扁平形状を順次大きくした場合について説明したが、第３実施形態は、流路接続部２３の近傍でのディフューザ１１から出た流れに沿った、または流れに合った形状変化としている。
【００４４】
流路接続部２３の近傍ではディフューザ１１から出た流れはスクロール断面内全てには存在せず、ディフューザ１１から出た流れはスクロール外周に偏った流れとなっていて、スクロール断面内を旋回するように流れる。
従って、変化部２１では、扁平接続部Ａの扁平形状から円形形状への変化において、ディフューザ１１の高さと同一の高さを有した扁平形状の一方の扁平面をディフューザの高さ方向の一方面と一致させつつ、ディフューザ出口に対向する面を円弧形状に形成し、該円弧形状の面が徐々に広がって円形形状に戻るように変化させる。
【００４５】
具体的には、図５のように舌部２５位置の巻き角度θ０＝６０°において扁平接続部Ａの形状となっており、この角度θ０から一定角度Δθ変化したθ１においては、円弧形状の円弧中心をディフューザ１１の高さ面の出口端部Ｐに位置し、半径Ｒ１の円弧形状となっており、さらに、一定角度Δθ変化したθ２においては、半径Ｒ２の円弧形状となっていて、さらに、一定角度Δθ変化したθ３においては、半径Ｒ３の円弧形状となるように変化する。
円弧角度αは、スクロール流路１３の変化部２１の間にαが略１８０°旋回するように設定される。また、半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は直線で結ばずに、流体の流れを考慮して円弧（点線で示すような形状）で結んでもよい。
さらに、各半径方向ラインと円弧は、極端な形状変化を生じないように、角部を適当な局率にて丸めても良い。
【００４６】
図８で既に説明したように、流路接続部２３の近傍でのディフューザ１１から出た流れは、スクロール外周側への偏りが進みながら旋回流が進むため、その流れに合わせるようにして、円弧形状を順次拡大して円形形状とすることで、流路接続部２３の近傍でのディフューザ１１から出た流れに沿った形状変化とすることができるので、無駄な断面変化形状とすることがなく、より円滑に円形形状に戻すことができる。
その結果、極端な断面形状変化によって生じる二次流れ損失を防止して、スクロール流路１３内の流れを円滑にすることができる。
【００４７】
（第４実施形態）
図６を参照して、第４実施形態について説明する。
第４実施形態は、第３実施形態においては円弧形状の円弧中心の位置を、ディフューザ１１の高さ面の出口端部Ｐにしていたが、円弧中心を扁平接続部Ａの扁平形状の中央部Ｑとすることが異なり、その他は第３実施形態と同様である。
【００４８】
具体的には、図６のように舌部２５位置の巻き角度θ０＝６０°において扁平接続部Ａの形状となっており、この角度θ０から一定角度Δθ変化したθ１においては、円弧形状の円弧中心を扁平形状の中央部Ｑに位置しており、その点を始点として半径Ｒ１の円弧形状となっており、さらに、一定角度Δθ変化したθ２においては、半径Ｒ２の円弧形状となっていて、さらに、一定角度Δθ変化したθ３においては、半径Ｒ３の円弧形状となるように変化する。
また、半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は直線で結ばずに、流体の流れを考慮して円弧（図５の点線で示すような形状）で結んでもよい。
さらに、各半径方向ラインと円弧は、極端な形状変化を生じないように、角部を適当な局率にて丸めても良い。
【００４９】
このように、半径の始点である中心点を、第３実施形態のディフューザ１１の出口端部Ｐでなく、ディフューザ１１の出口流路高さと同一高さの線上であって、扁平接続部Ａの扁平形状の中央部Ｑとすることによって、スクロール流路１３の舌部２５近傍でのディフューザ１１の長さを、見かけ上長くでき（図６のＢのように長くでき）、巻き始め部１７での圧力を上昇させることができる。この結果、周方向静圧分布を均一化することが可能となる。
【００５０】
すなわち、図１３に示すように、小流量作動点では、スクロールの巻き初めから巻き終わりにかけて減速流れとなり、巻き始めにおける圧力は巻き終わりにおける圧力よりも低くなることから、巻き終わり部１９から巻き始め部１７への再循環流れが発生してスクロール内での損失が形成されるが、このような圧力差を低減して再循環流を低減してインペラ性能の向上が期待できる。
【００５１】
さらに、この周方向静圧分布の均一化は、スクロール流路１３の扁平接続部Ａの扁平形状による再循環流れの流入を抑制する作用と相俟って、インペラ性能を向上する。
【００５２】
（第５実施形態）
図７を参照して、第５実施形態について説明する。
第５実施形態は、第４実施形態に対して、円弧形状の円弧中心の位置を、ディフューザ１１の扁平形状の中央部Ｑと固定するものではなく、円弧中心位置を変化させることに特徴があり、その他の構成は第４実施形態と同様である。
【００５３】
図７のように舌部２５位置の巻き角度θ０＝６０°において扁平接続部Ａの形状となっており、この角度θ０から一定角度Δθ変化したθ１においては、円弧形状の円弧中心Ｓを扁平形状の上面の位置を変化させて、断面形状が円形形状に進むに従って、ディフューザ出口端部に近づくように位置される。
また、半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は直線で結ばずに、流体の流れを考慮して円弧（図５の点線で示すような形状）で結んでもよい。
さらに、各半径方向ラインと円弧は、極端な形状変化を生じないように、角部を適当な局率にて丸めても良い。
【００５４】
このように、半径の始点である円弧中心Ｓを、第４実施形態のディフューザ１１の出口流路高さと同一高さの線上であって、断面形状が円形形状に進むに従って、ディフューザ出口端部に近づくように位置させるので、円弧形状の中心位置の制約がないため加工が容易になるとともに、前記第４実施形態と同様に、スクロール流路１３の舌部２５近傍でのディフューザ長さを、見かけ上長くでき（図７のＣのように長くでき）、巻き始め部１７での圧力を上昇させることができる。この結果、図１３に示すように、巻き始め部１７での圧力上昇（Ｄ部）によって周方向静圧分布を均一化することが可能となり、スクロール内での流れの乱れの発生が低減される。
なお、第１実施形態〜第５実施形態におけるディフューザ１１の出口端部Ｐの角部とスクロール流路１３との接続部においても適当な局率の丸みを設けることが好ましい。
さらに、ディフューザ１１の出口端部Ｐの角部とスクロール流路１３の接続は、単に丸みをつけるだけでなく元のディフューザ出口形状に対する接線となるようにするのが好ましい。
【００５５】
本発明によれば、舌部近傍におけるスクロール断面形状を改良して、舌部近傍において出口流路からスクロール流路への再循環流れの発生を抑制し、小流量作動点における圧縮機性能の向上、および耐サージング性を向上することができるので、ターボチャージャ、遠心ファン、送風機等に適し、さらに、吐出スクロール（渦巻室）を有する流体機械にも適する。
【符号の説明】
【００５６】
１ 遠心圧縮機
３ 回転軸
５ ハブ
７ コンプレッサ翼
８ 圧縮機ホイール
９ コンプレッサハウジン
１１ ディフューザ
１３ スクロール流路
１５ 出口流路
１７ 巻き始め部
１９ 巻き終わり部
２１ 変化部
２３ 流路接続部
２５ 舌部
Ａ 扁平接続部
Ｑ、Ｓ 円弧中心
Ｐ ディフューザの出口端部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用、舶用ターボチャージャ等に用いられる遠心圧縮機のスクロール構造（渦巻室構造）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、スクロール構造について種々の工夫がされている。
【０００３】
従来技術として、例えば、特許文献１（特許４４９２０４５号公報）には、渦巻状に形成されたスクロール流路が設けられたケーシングを備えた遠心圧縮機であって、そのスクロール流路の軸方向の流路幅が、径方向内方から外方へかけて徐々に拡大していき、径方向の流路副の中間点よりも径方向外側で最大となるように形成される技術が示されている。
【０００４】
また、特許文献２（特公表２０１０−５２９３５８号公報）には、ターボチャージャ用の遠心圧縮機に関して、螺旋型のハウジングとディフューザとを備え、ディフューザが、螺旋形ハウジング(スクロール)の移行領域若しくは舌部の位置する領域における負圧域が低減されるように、その径を拡張されて形成されることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４９２０４５号公報
【特許文献２】特表２０１０−５２９３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１１、１２に示すようにスクロール１３の断面形状は一般的には、図１２で示すように円形に形成され、スクロール１３の巻き始めと巻き終わりの流路接続部０４は、図１１の舌部０５の部分で接続されている。
図１１はスクロール圧縮機の正面図を示し、その舌部０５から時計方向に所定角度Δθ毎にθ１、θ２、…におけるスクロール断面形状を重ねて表したものを図１２に示している。
舌部０５においては、流路接続部０４が図１２の斜線で示すように円形部０９と該円形部０９に接するようにディフューザ部０１１が接続した形状を有している。
【０００７】
スクロール内の周方向静圧力は図１３に示すように、大流量作動点では、スクロールの巻き初めから巻き終わりにかけて増速流れとなり、巻き始めにおける圧力は巻き終わりにおける圧力よりも高くなることから、舌部（スクロール流路部と出口流路部との接続部）０５での、巻き終わりから巻き始めへ流れる再循環流れは殆ど生じない。
【０００８】
他方、小流量作動点では、スクロールの巻き初めから巻き終わりにかけて減速流れとなり、巻き始めにおける圧力は巻き終わりにおける圧力よりも低くなることから、舌部において巻き終わりから巻き始めへの再循環流れが発生する。この現象によってスクロール内では次のような損失が形成される。
【０００９】
（１）第１は剥離損失である。スクロール吐出出口へ向かう流れは、スクロール内壁外周に沿った旋回流れとなっているが、このうち壁面近傍の境界層流れは舌部の流路接続部の圧力勾配によってスクロール巻き始めへと吸い込まれ、再循環流れが発生する。このとき舌部の流路接続部では剥離が発生し、高損失域が形成される。
（２）第２は摩擦損失である。剥離によって、エネルギーを失った再循環流れはスクロール流路断面の中央部に集積するが、このような流れは圧力が低下していることから、スクロール断面中心に向かう圧力勾配を助長し、結果として、スクロール流路断面内における流れの旋回速度が増加する。このため、スクロール流路断面における摩擦損失が増大する。
【００１０】
以上のように、小流量作動点におけるスクロール内の主な損失生成要因は、舌部における再循環流れの発生にあるといえる。
【００１１】
前記特許文献１には、スクロール流路の断面形状を円形でない特異な形状としてスクロール流路内における旋回流れの特性を改善する技術が示されているが、舌部近傍における再循環流れを抑制することによる性能向上までは開示されていない。また、特許文献２においては、舌部近傍における負圧域を低減することは示されているものの、ディフューザによる改良に関するものであり、スクロール断面形状の改良による性能向上については開示されていない。
【００１２】
そこで、本発明は、これら問題に鑑みてなされたもので、舌部近傍におけるスクロール断面形状を改良して、舌部近傍においてディフューザ１１出口流路からスクロール流路１３への再循環流れの発生を抑制し、小流量作動点における圧縮機性能の向上、および耐サージング性を向上する遠心圧縮機のスクロール構造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】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明は、渦巻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は、スクロール流路の巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部の断面形状がディフューザ出口流路の高さと同一高さを有して扁平形状に形成された扁平接続部と、該扁平接続部の扁平断面形状から円形断面形状に周方向に沿って徐々に戻る変化部と、を有したことを特徴とする。
【００１４】
かかる発明によれば、スクロール流路の巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部の断面形状を、ディフューザ出口流路の高さと同一高さを有した扁平形状によって接続するため、従来技術（図１２参照）のように円形形状による接続部に比べて、流通面積を小さくすることができ、再循環流れの流入を抑制できる。
【００１５】
また、本発明において好ましくは、前記変化部の周方向長さが前記流路接続部のディフューザ出口からスクロール流路内へ流れた流体が断面内をほぼ１周旋回するのに要する長さに設定されるとよい。
このように、１周旋回するのに要する周方向長さを有して、徐々に円形形状に戻すことによって、極端な断面形状変化によって生じる二次流れ損失を防止して、スクロール通路内の流れを円滑にすることができる。
また、ほぼ１周旋回する長さに設定して円形形状に戻すため、１旋回した後には円形形状として円滑な旋回流れとすることができる。
【００１６】
また、本発明において好ましくは、前記変化部の周方向長さは、圧縮機ホイールの回転中心と前記流路接続部の舌部とを結ぶ線からの周方向角度でほぼ３０°とするとよい。シミュレーション計算結果または実機による試験によって確認した結果では、スクロール流路内の流速にもよるが、舌部からほぼ３０°の間で、断面内を１周旋回するためである。
【００１７】
また、本発明において好ましくは、前記変化部での前記扁平形状から円形形状への変化において、下流側断面形状に部分的に扁平部を設け、該扁平部が徐々に縮小して円形形状に変化するとよい。
【００１８】
このように扁平部を一部に残しつつ該扁平部を縮小するように円形形状に変化させるため、断面形状の極端な変化がなく、滑らかに円形形状に変化でき、二次流れ損失を防止した円滑な旋回流れにできる。
【００１９】
また、本発明において好ましくは、前記変化部での前記扁平形状から円形形状への変化において、ディフューザ高さと同一の高さを有した扁平形状の一方面をディフューザの高さ方向の一方面と一致させつつ、ディフューザ出口からの流体流出方向に対向する面を円弧形状に形成し、該円弧形状の円弧面が徐々に広がって円形形状に戻るように変化するとよい。
【００２０】
そして、前記円弧形状の円弧中心を、ディフューザ出口端部に位置させるとよく、または、スクロール通路の中心に位置させるとよく、または、ディフューザ出口流路高さと同一高さの線上に位置させて断面形状が円形形状に進むに従って、ディフューザ出口端部に近づくように変化させるとよい。
【００２１】
このように、ディフューザ出口からの流体流出方向に対向する面を円弧形状に形成し、該円弧形状の面を徐々に広げて円形形状に戻るように変化させている。これは、ディフューザ出口からの流体はスクロールの巻き始めではスクロール断面内の全てには存在せず、スクロールの外周に偏った流れとなるから、その偏った流れに沿うように、断面形状を形成することで、ディフューザ出口からの流体流れに沿った断面形状とすることができ、円形形状へより滑らかに変化でき、二次流れ損失を防止した円滑な断面変化とすることができる。
【００２２】
また、円弧中心を、ディフューザ出口端部ではなく、スクロール通路の中心、または、ディフューザ出口流路高さと同一高さの線上を変化させて位置させることによって、スクロール通路の舌部近傍でのディフューザ長さを、見かけ上長くでき、舌部の近傍での圧力を上昇させることができる。この結果、周方向静圧分布を均一化することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、渦巻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は、スクロール流路の巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部の断面形状がディフューザ出口流路の高さと同一高さを有して扁平形状に形成された扁平接続部と、該扁平接続部の扁平断面形状から円形断面形状に周方向に沿って徐々に戻る変化部と、を有したので、スクロール流路の巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部の断面形状を、ディフューザ出口流路の高さと同一高さを有した扁平形状によって接続することで、従来技術（図１２参照）のように円形形状による接続部に比べて、流通面積を小さくすることができ、再循環流れの流入を抑制でき、小流量作動点における圧縮機性能を向上する遠心圧縮機のスクロール構造を得ることができる。さらに、ディフューザ出口分布の不均一は、羽根車入口における不均一な流量分布をもたらし、その結果、羽根車における失速、ひいてはサージングの発生を誘発するが、本発明により周方向静圧分布を均一化することによって耐サージング性を向上する遠心圧縮機のスクロール構造を得ることができる。
さらに、再循環流れを抑制する為、再循環流れに相当する流量を考慮する必要がなく、結果的にスクロール断面積を小さく、小型軽量化できる遠心圧縮機のスクロール構造を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態における遠心圧縮機の全体概要図を示す。
【図２】実施形態の遠心圧縮機の断面図である。
【図３】第１実施形態のスクロール断面形状の変化状態を示す説明図である。
【図４】第２実施形態のスクロール断面形状の変化状態を示す説明図である。
【図５】第３実施形態のスクロール断面形状の変化状態を示す説明図である。
【図６】第４実施形態のスクロール断面形状の変化状態を示す説明図である。
【図７】第５実施形態のスクロール断面形状の変化状態を示す説明図である。
【図８】スクロール通路内の舌部近傍の旋回状態を示す流線を示す説明図である。（ａ）は、全体図、（ｂ）は巻き角度θ＝９０°のとき、（ｃ）は巻き角度θ＝７５°のとき、（ｄ）は巻き角度θ＝６０°（舌部）のときを示す。
【図９】流路接続部近傍の断面変化の状態を模式的に示した説明図である。
【図１０】図９対応の従来技術説明図である。
【図１１】従来技術説明図である。
【図１２】従来技術説明図である。
【図１３】スクロール周方向静圧分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。
但し、この実施形態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。
【００２６】
（第１実施形態）
図１は本発明の遠心圧縮機１の断面概要図を示す。本実施形態はターボチャージャに適用される遠心圧縮機１を示すものであり、図示しないタービンに駆動された回転軸３に固定されたハブ５の表面に複数のコンプレッサ翼７が立設され、そのコンプレッサ翼７の外側をコンプレッサハウジング９が覆っている。また、コンプレッサ翼７の外周側にディフューザ１１が形成され、さらに、このディフューザ１１の周囲にはスクロール流路１３が形成されている。
【００２７】
スクロール流路１３の断面図を図２に示す。コンプレッサハウジング９は、スクロール流路１３と、該スクロール流路１３に連通する直線状の出口流路１５とを備えており、スクロール流路１３は、その巻き始め部１７から図２に示す右回りに巻き角度θが大きくなるに伴い、その流路断面積が増加し、巻き角度θが約３６０°を超え、さらに進むと巻き終わり部１９に達する。また、スクロール流路１３には、スクロール流路１３の断面形状が扁平形状から円形形状に変化する変化部２１を有している。この変化部２１については後述する。
【００２８】
また、本実施形態では、巻き角度θは、図２のように水平位置をθ＝０°として、スクロール流路の巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部２３の舌部２５の位置と圧縮ホイール８の中心Ｘとを結ぶ線をほぼθ＝６０°に設定されている。
【００２９】
次にスクロール流路１３の断面形状について説明する。
図３に示すように、スクロール流路１３の巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部２３の断面形状は、ディフューザ１１の出口流路の高さと同一高さを有して扁平形状に形成された扁平接続部Ａからなっている。
【００３０】
この扁平接続部Ａは、図９に概略的に示されているように、流路接続部２３において、ディフューザ１１の出口流路と同一高を有して扁平状に形成されている。その扁平形状から、巻き角度θの増加に伴って、円形形状へと徐々に変化して略θ＝９０°までに、円形の断面形状に戻るようになっている。この扁平断面形状から円形形状にもどる範囲を、スクロール流路１３の変化部２１として設定している。
なお、変化部２１の長さが長いと本来の円形断面に戻る時期が遅くなり、性能に影響するため、θ＝９０°〜１８０°には遅くとも円形に戻す必要がある。
【００３１】
変化部２１の巻き始めのθ＝６０°から略θ＝９０°の範囲においては、巻き始め部１７に、ディフューザ１１から流出した流体がスクロール流路１３の断面内をほぼ１周旋回する長さとして設定されており、その１旋回した後に、円形断面形状に沿って円滑な旋回流れとするためである。なお、変化部２１以降の角度位置においては円形形状となってスクロール通路の巻き終わり部１９に達する。
【００３２】
スクロール内の流れは、スクロール出口に向かう周方向流れの主流と、その主流に沿ってスクロール流路内を旋回しながら流れる旋回流とを伴う。このため、巻き始め部１７にディフューザ１１から流出した流れを、円形形状に沿う旋回流れに戻すことはスムーズな流れを形成する上で自然でありかつ必要である。
流路接続部２３の近傍では流れはスクロール断面内全てには存在せず、ディフューザ１１から出た流れはスクロール外周に偏った流れとなっているため、スクロール断面内をほぼ１旋回する長さの後には円形形状として円滑な旋回流れとすることが必要であるので、ほぼ１旋回分の長さとしている。
【００３３】
この１旋回状態を、図８を参照して説明する。図８（ａ）は流路接続部２３近傍のディフューザ１１からの出口流れの流線を、シミュレーションによる算出結果を基に示したものである。
この図８（ｄ）では、巻き角度θ＝約６０°の舌部位置における流線が示され、スクロール外周側に偏った旋回流が開始される状態が示されている。
また、図８（ｃ）では、巻き角度θ＝７５°での流線が示され、スクロール外周側への偏りが進み、ほぼ半分旋回した状態までスクロール内部での旋回流が進んでいる。
また、図（ｂ）では、巻き角度θ＝９０°での流線が示され、スクロール外周側への偏りがさらに進み、ほぼ１周旋回した状態まで旋回流が進んでいる。
【００３４】
このように、シミュレーションによる計算結果を基に流線を算出すると、巻き角度θが略９０°までに、スクロール断面内をほぼ１旋回する。旋回流量や旋回速度は運転条件よって変化するが、巻き角度がほぼ９０°、すなわち、舌部２５からの周方向範囲では、ほぼ３０°内に円形形状に戻すことが適切であることが分かる。
【００３５】
スクロール流路１３に形成された変化部２１における断面形状が必要円形状に戻る状態および変化部２１以降のスクロール流路１３の断面変化形状を図３に示す。
図３より、ディフューザ１１の高さと一致させた扁平接続部Ａが形成されており、該扁平接続部Ａの先端部分は外側壁の形状に沿わせて先端エッジ部Ｅに形成されているが、曲率をつけて形成してもよい、曲率に形成することで先端エッジ部による局部的な剥離や乱流の生成等を防止できる（他の実施形態においても同様である。）。
【００３６】
また、扁平接続部Ａの一方の扁平面をディフューザ１１の高さの一方面と一致させつつ、他方面側を徐々に円弧形状の径を大きくするように変化させることによって、必要円形形状に戻している。
具体的には、図２の舌部２５の位置、すなわち、巻き角度（周方向角度）θ０＝６０°において扁平接続部Ａの形状となっており、この角度θ０から一定角度Δθ変化したθ１においては、半径Ｒ１の円形形状となっており、さらに、一定角度Δθ変化したθ２においては、半径Ｒ２の円形形状となっていて、さらに、一定角度Δθ変化したθ３においては、半径Ｒ３の円形形状となっているように、順次所定の大きさの円形へと変化する。そして、変化部２１によって必要円形形状に戻った後は、円形形状となってスクロール通路の巻き終わり部１９に達する。
【００３７】
以上のように、第１実施形態においては、スクロール流路１３の巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部２３の断面形状を、ディフューザ１１１の出口流路の高さと同一高さを有した扁平接続部Ａによって接続するため、従来技術（図１２参照）の円形形状による接続部に比べて、流通面積を小さくすることができ、再循環流れの流入を抑制できる。
【００３８】
また、変化部２１の周方向長さが流路接続部２３のディフューザ出口からスクロール流路内へ流れた流体が断面内をほぼ１周旋回するのに要する長さに設定されるので、徐々に円形形状に戻すことによって、極端な断面形状変化によって生じる二次流れ損失を防止して、スクロール通路内の流れを円滑にすることができる。
また、ほぼ１周旋回する長さに設定して円形形状に戻すため、１旋回した後には円形形状として円滑な旋回流れとすることができる。
【００３９】
（第２実施形態）
次に、図４を参照して、第２実施形態について説明する。
図４に示すように、変化部２１での扁平接続部Ａから円形形状への変化において、下流側断面形状に部分的に扁平部Ｈを設け、該扁平部Ｈが徐々に縮小して円形形状に変化することを特徴とする。
前記第１実施形態では、扁平接続部Ａの扁平形状から直ぐに小円形形状へと変化して、その円形形状の半径がＲ１から順次大きく変化していくが、第２実施形態では変化中に扁平部Ｈを設けて、扁平部Ｈを縮小しながら順次円形に変化していく。
【００４０】
具体的には、図４のように舌部２５位置の巻き角度θ０＝６０°において扁平接続部Ａの形状となっており、扁平部Ｈ０を有し、この角度θ０から一定角度Δθ変化したθ１においては、扁平部Ｈ１となり、さらに、一定角度Δθ変化したθ２においては、扁平部Ｈ２となり、さらに、一定角度Δθ変化したθ３においては、扁平部Ｈ３となっているように、順次扁平部が縮小するようにして所定の大きさの円形へと変化する。
【００４１】
図４のように扁平接続部Ａの一方の扁平面をディフューザ１１の高さの一方面と一致させつつ、他方面の扁平部Ｈの高さを徐々に大きくするとともに、幅を徐々に縮小して円弧形状へと変化させて円形形状に変化させる。
【００４２】
このように、扁平接続部Ａの扁平部Ｈを一部に設けつつ円形形状へと変化させるため、断面変化が急にならず、より円滑に円形形状に戻すことができ、極端な断面形状変化によって生じる剥離の発生を防止して、スクロール流路１３内の流れを円滑にすることができる。
【００４３】
（第３実施形態）
図５を参照して、第３実施形態について説明する。
第１実施形態では小円形形状から順次大きくし、また第２実施形態は扁平形状を順次大きくした場合について説明したが、第３実施形態は、流路接続部２３の近傍でのディフューザ１１から出た流れに沿った、または流れに合った形状変化としている。
【００４４】
流路接続部２３の近傍ではディフューザ１１から出た流れはスクロール断面内全てには存在せず、ディフューザ１１から出た流れはスクロール外周に偏った流れとなっていて、スクロール断面内を旋回するように流れる。
従って、変化部２１では、扁平接続部Ａの扁平形状から円形形状への変化において、ディフューザ１１の高さと同一の高さを有した扁平形状の一方の扁平面をディフューザの高さ方向の一方面と一致させつつ、ディフューザ出口に対向する面を円弧形状に形成し、該円弧形状の面が徐々に広がって円形形状に戻るように変化させる。
【００４５】
具体的には、図５のように舌部２５位置の巻き角度θ０＝６０°において扁平接続部Ａの形状となっており、この角度θ０から一定角度Δθ変化したθ１においては、円弧形状の円弧中心をディフューザ１１の高さ面の出口端部Ｐに位置し、半径Ｒ１の円弧形状となっており、さらに、一定角度Δθ変化したθ２においては、半径Ｒ２の円弧形状となっていて、さらに、一定角度Δθ変化したθ３においては、半径Ｒ３の円弧形状となるように変化する。
円弧角度αは、スクロール流路１３の変化部２１の間にαが略１８０°旋回するように設定される。また、半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は直線で結ばずに、流体の流れを考慮して円弧（点線で示すような形状）で結んでもよい。
さらに、各半径方向ラインと円弧は、極端な形状変化を生じないように、角部を適当な局率にて丸めても良い。
【００４６】
図８で既に説明したように、流路接続部２３の近傍でのディフューザ１１から出た流れは、スクロール外周側への偏りが進みながら旋回流が進むため、その流れに合わせるようにして、円弧形状を順次拡大して円形形状とすることで、流路接続部２３の近傍でのディフューザ１１から出た流れに沿った形状変化とすることができるので、無駄な断面変化形状とすることがなく、より円滑に円形形状に戻すことができる。
その結果、極端な断面形状変化によって生じる二次流れ損失を防止して、スクロール流路１３内の流れを円滑にすることができる。
【００４７】
（第４実施形態）
図６を参照して、第４実施形態について説明する。
第４実施形態は、第３実施形態においては円弧形状の円弧中心の位置を、ディフューザ１１の高さ面の出口端部Ｐにしていたが、円弧中心を扁平接続部Ａの扁平形状の中央部Ｑとすることが異なり、その他は第３実施形態と同様である。
【００４８】
具体的には、図６のように舌部２５位置の巻き角度θ０＝６０°において扁平接続部Ａの形状となっており、この角度θ０から一定角度Δθ変化したθ１においては、円弧形状の円弧中心を扁平形状の中央部Ｑに位置しており、その点を始点として半径Ｒ１の円弧形状となっており、さらに、一定角度Δθ変化したθ２においては、半径Ｒ２の円弧形状となっていて、さらに、一定角度Δθ変化したθ３においては、半径Ｒ３の円弧形状となるように変化する。
また、半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は直線で結ばずに、流体の流れを考慮して円弧（図５の点線で示すような形状）で結んでもよい。
さらに、各半径方向ラインと円弧は、極端な形状変化を生じないように、角部を適当な局率にて丸めても良い。
【００４９】
このように、半径の始点である中心点を、第３実施形態のディフューザ１１の出口端部Ｐでなく、ディフューザ１１の出口流路高さと同一高さの線上であって、扁平接続部Ａの扁平形状の中央部Ｑとすることによって、スクロール流路１３の舌部２５近傍でのディフューザ１１の長さを、見かけ上長くでき（図６のＢのように長くでき）、巻き始め部１７での圧力を上昇させることができる。この結果、周方向静圧分布を均一化することが可能となる。
【００５０】
すなわち、図１３に示すように、小流量作動点では、スクロールの巻き初めから巻き終わりにかけて減速流れとなり、巻き始めにおける圧力は巻き終わりにおける圧力よりも低くなることから、巻き終わり部１９から巻き始め部１７への再循環流れが発生してスクロール内での損失が形成されるが、このような圧力差を低減して再循環流を低減してインペラ性能の向上が期待できる。
【００５１】
さらに、この周方向静圧分布の均一化は、スクロール流路１３の扁平接続部Ａの扁平形状による再循環流れの流入を抑制する作用と相俟って、インペラ性能を向上する。
【００５２】
（第５実施形態）
図７を参照して、第５実施形態について説明する。
第５実施形態は、第４実施形態に対して、円弧形状の円弧中心の位置を、ディフューザ１１の扁平形状の中央部Ｑと固定するものではなく、円弧中心位置を変化させることに特徴があり、その他の構成は第４実施形態と同様である。
【００５３】
図７のように舌部２５位置の巻き角度θ０＝６０°において扁平接続部Ａの形状となっており、この角度θ０から一定角度Δθ変化したθ１においては、円弧形状の円弧中心Ｓを扁平形状の上面の位置を変化させて、断面形状が円形形状に進むに従って、ディフューザ出口端部に近づくように位置される。
また、半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は直線で結ばずに、流体の流れを考慮して円弧（図５の点線で示すような形状）で結んでもよい。
さらに、各半径方向ラインと円弧は、極端な形状変化を生じないように、角部を適当な局率にて丸めても良い。
【００５４】
このように、半径の始点である円弧中心Ｓを、第４実施形態のディフューザ１１の出口流路高さと同一高さの線上であって、断面形状が円形形状に進むに従って、ディフューザ出口端部に近づくように位置させるので、円弧形状の中心位置の制約がないため加工が容易になるとともに、前記第４実施形態と同様に、スクロール流路１３の舌部２５近傍でのディフューザ長さを、見かけ上長くでき（図７のＣのように長くでき）、巻き始め部１７での圧力を上昇させることができる。この結果、図１３に示すように、巻き始め部１７での圧力上昇（Ｄ部）によって周方向静圧分布を均一化することが可能となり、スクロール内での流れの乱れの発生が低減される。
なお、第１実施形態〜第５実施形態におけるディフューザ１１の出口端部Ｐの角部とスクロール流路１３との接続部においても適当な局率の丸みを設けることが好ましい。
さらに、ディフューザ１１の出口端部Ｐの角部とスクロール流路１３の接続は、単に丸みをつけるだけでなく元のディフューザ出口形状に対する接線となるようにするのが好ましい。
【００５５】
本発明によれば、舌部近傍におけるスクロール断面形状を改良して、舌部近傍において出口流路からスクロール流路への再循環流れの発生を抑制し、小流量作動点における圧縮機性能の向上、および耐サージング性を向上することができるので、ターボチャージャ、遠心ファン、送風機等に適し、さらに、吐出スクロール（渦巻室）を有する流体機械にも適する。
【符号の説明】
【００５６】
１ 遠心圧縮機
３ 回転軸
５ ハブ
７ コンプレッサ翼
８ 圧縮機ホイール
９ コンプレッサハウジン
１１ ディフューザ
１３ スクロール流路
１５ 出口流路
１７ 巻き始め部
１９ 巻き終わり部
２１ 変化部
２３ 流路接続部
２５ 舌部
Ａ 扁平接続部
Ｑ、Ｓ 円弧中心
Ｐ ディフューザの出口端部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
渦巻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は、スクロール流路の巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部の断面形状がディフューザ出口流路の高さと同一高さを有して扁平形状に形成された扁平接続部と、該扁平接続部の扁平断面形状から円形断面形状に周方向に沿って徐々に戻る変化部と、を有したことを特徴とする遠心圧縮機のスクロール構造。
【請求項２】
前記変化部の周方向長さが前記流路接続部のディフューザ出口からスクロール流路内へ流れた流体が断面内をほぼ１周旋回するのに要する長さに設定される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構造。
【請求項３】
前記変化部の周方向長さが、圧縮機ホイールの回転中心と前記流路接続部である舌部とを結ぶ線から周方向角度でほぼ３０°以内であることを特徴とする請求項２記載の遠心圧縮機のスクロール構造。
【請求項４】
前記変化部での前記扁平形状から円形形状への変化において、下流側断面形状に部分的に扁平部を設け、該扁平部が徐々に縮小して円形形状に変化する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構造。
【請求項５】
前記変化部での前記扁平形状から円形形状への変化において、ディフューザ高さと同一の高さを有した扁平形状の一方面をディフューザの高さ方向の一方面と一致させつつ、ディフューザ出口からの流体流出方向に対向する面を円弧形状に形成し、該円弧形状の円弧面が徐々に広がって円形形状に戻るように変化する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構造。
【請求項６】
前記円弧形状の円弧中心がディフューザ出口端部に位置される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構造。
【請求項７】
前記円弧形状の円弧中心がスクロール通路の中心位置に位置される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構造。
【請求項８】
前記円弧形状の円弧中心がディフューザ出口流路高さと同一高さの線上に位置され、断面形状が円形形状に進むに従って、ディフューザ出口端部に近づくように位置される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構造。
【請求項１】
渦巻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は、スクロール流路の巻き始めと巻き終わりとが交差する流路接続部の断面形状がディフューザ出口流路の高さと同一高さを有して扁平形状に形成された扁平接続部と、該扁平接続部の扁平断面形状から円形断面形状に周方向に沿って徐々に戻る変化部と、を有したことを特徴とする遠心圧縮機のスクロール構造。
【請求項２】
前記変化部の周方向長さが前記流路接続部のディフューザ出口からスクロール流路内へ流れた流体が断面内をほぼ１周旋回するのに要する長さに設定される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構造。
【請求項３】
前記変化部の周方向長さが、圧縮機ホイールの回転中心と前記流路接続部である舌部とを結ぶ線から周方向角度でほぼ３０°以内であることを特徴とする請求項２記載の遠心圧縮機のスクロール構造。
【請求項４】
前記変化部での前記扁平形状から円形形状への変化において、下流側断面形状に部分的に扁平部を設け、該扁平部が徐々に縮小して円形形状に変化する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構造。
【請求項５】
前記変化部での前記扁平形状から円形形状への変化において、ディフューザ高さと同一の高さを有した扁平形状の一方面をディフューザの高さ方向の一方面と一致させつつ、ディフューザ出口からの流体流出方向に対向する面を円弧形状に形成し、該円弧形状の円弧面が徐々に広がって円形形状に戻るように変化する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構造。
【請求項６】
前記円弧形状の円弧中心がディフューザ出口端部に位置される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構造。
【請求項７】
前記円弧形状の円弧中心がスクロール通路の中心位置に位置される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構造。
【請求項８】
前記円弧形状の円弧中心がディフューザ出口流路高さと同一高さの線上に位置され、断面形状が円形形状に進むに従って、ディフューザ出口端部に近づくように位置される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構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１４０９００（Ｐ２０１２−１４０９００Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９４０７９（Ｐ２０１０−２９４０７９）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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