JP6613838B2 - 遠心圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、遠心圧縮機に関するものである。

インペラの外周部にディフューザを介して渦巻状のスクロールを配置した遠心圧縮機が知られている。この種の遠心圧縮機では、インペラによって圧縮された気体がディフューザを介してスクロールに導入され、スクロールで適宜に減速されて静圧回復が図られる（特許文献１参照）。

特開２０１２−１３７０６９号公報

しかしながら、発明者の鋭意検討の結果、従来の遠心圧縮機では、スクロール内の流れに剥離が生じる可能性があり、その剥離が流れの安定性を損なって圧縮性能に支障を来す可能性があることが判明した。

本発明は、スクロール内での流れの安定性を確保し易くなって、圧縮性能を向上できる遠心圧縮機を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、気体を圧送するインペラと、インペラの周囲に配置され、且つ始点から終点にかけて流路が拡大するスクロールと、を備えた遠心圧縮機である。この遠心圧縮機では、スクロールの始点から終点までの任意の位置において、インペラの回転軸線を含む仮想面で切断されたスクロールの仮想断面、及び仮想断面におけるスクロール図心を仮定した場合に、始点から終点までの連続する仮想断面において、スクロール図心は、始点から終点にかけて回転軸線に近づくことはなく、且つ、始点から終点にかけての少なくとも一部の範囲で、スクロール図心から回転軸線までの距離は漸次拡大する。

発明者は、インペラの回転軸線を中心とした遠心方向（外方）とは逆側、つまり、内方側にスクロールの流路が広がることによって剥離が生じ易くなるとの知見を得た。つまり、剥離を抑止するためには、スクロールの流路を外方にずらしていくのが有効と考えられる。このことは、スクロールの始点から終点にかけて、スクロール図心が回転軸線に近づくことなく、少なくとも一部の範囲で、スクロール図心と回転軸線との距離が漸次拡大することに通じ、上記の遠心圧縮機はこれらの構成を備えている。つまり、上記の遠心圧縮機によれば、スクロール内での剥離を抑制し易くなり、その結果、流れの安定性を確保し易くなって圧縮性能を向上できる。

いくつかの態様において、上記の一部の範囲は、終点寄りの範囲であってもよい。従来の遠心圧縮機では、スクロールの始点側よりも終点側の位置で剥離が生じる傾向がある。つまり、スクロール図心から回転軸線までの距離を、少なくとも終点寄りの範囲で漸次拡大させることにより、スクロール内での剥離を効果的に抑え易くなる。

いくつかの態様において、インペラで圧送される気体をスクロールに導入するディフューザを更に備え、スクロールの流路は、仮想断面において、ディフューザに連絡する受け入れ部と、回転軸線に最も近い内端部と、を備え、受け入れ部から回転軸線までの距離であるディフューザ出口半径をＲｄとし、内端部から回転軸線までの距離であるスクロール半径をＲｉｎとした場合に、ディフューザ出口半径に対するスクロール半径の比であるＲｉｎ／Ｒｄは、始点から終点までの範囲で０．７５以上の遠心圧縮機とすることができる。この遠心圧縮機では、スクロールの主要部での剥離を効果的に抑止し易くなる。

上記の態様において、ディフューザ出口半径に対するスクロール半径の比Ｒｉｎ／Ｒｄは、始点から終点までの範囲で０．９０以上である遠心圧縮機とすることができる。この遠心圧縮機によれば、スクロールの流路での剥離を、より確実に抑止し易くなる。

いくつかの態様において、インペラで圧送される気体をスクロールに導入するディフューザを更に備え、スクロールの流路は、仮想断面において、回転軸線に最も近い内端部を備え、回転軸線から内端部までの距離は、始点から終点までの少なくとも一部の範囲で一定である遠心圧縮機とすることができる。この遠心圧縮機では、少なくとも一部の範囲において、流路の内方への広がりを抑えることになり、この範囲での剥離を効果的に抑止し易くなる。

また、本発明の一態様は、気体を圧送するインペラと、インペラの周囲に配置され、且つ始点から終点にかけて流路が拡大するスクロールと、を備えた遠心圧縮機であり、更に、インペラの回転軸線から流路までの距離は、始点から終点までの少なくとも一部の範囲で一定である。

この遠心圧縮機では、少なくとも一部の範囲において、流路の内方への広がりを抑えることになり、この範囲での剥離を効果的に抑止し易くなる。その結果、流れの安定性を確保し易くなって圧縮性能を向上できる。

いくつかの態様において、上記の一部の範囲は、終点寄りの範囲であってもよい。従来の遠心圧縮機では、スクロールの始点側よりも終点側の位置で剥離が生じる傾向がある。つまり、インペラの回転軸線から流路までの距離を、少なくとも終点寄りの範囲で一定にすることにより、スクロール内での剥離を効果的に抑え易くなる。

本発明のいくつかの態様によれば、スクロール内での流れの安定性を確保し易くなり、圧縮性能を向上できる。

実施形態に係るコンプレッサを備えた過給機の断面図である。 スクロールを回転軸線に直交する面で切断した断面図である。 スクロールの始点における仮想断面を示す図である。 スクロールの終点における仮想断面を示す図である。 複数の異なる仮想断面におけるスクロール流路の外形線を重ね合わせて示す断層的な図である。 第１の変形例に係り、図５に対応して複数の仮想断面におけるスクロール流路の外形線を重ね合わせて示す断層的な図である。 第２の変形例に係り、図５に対応して複数の仮想断面におけるスクロール流路の外形線を重ね合わせて示す断層的な図である。 第３の変形例に係り、図５に対応して複数の仮想断面におけるスクロール流路の外形線を重ね合わせて示す断層的な図である。 比較形態に係り、図５に対応して複数の仮想断面におけるスクロール流路の外形線を重ね合わせて示す断層的な図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、過給機１は、タービン２とコンプレッサ（遠心圧縮機）３とを備えている。過給機１は、例えば自動車用過給機として使用される。タービン２は、タービンハウジング４と、タービンハウジング４に収納されたタービン翼車６と、を備えている。コンプレッサ３は、コンプレッサハウジング５と、コンプレッサハウジング５に収納されたコンプレッサ翼車（インペラ）７と、を備えている。タービン翼車６は回転軸１４の一端に設けられており、コンプレッサ翼車７は回転軸１４の他端に設けられている。タービンハウジング４とコンプレッサハウジング５との間には、軸受ハウジング１３が設けられている。回転軸１４は、軸受１５を介して軸受ハウジング１３に回転可能に支持されており、回転軸１４、タービン翼車６及びコンプレッサ翼車７が一体の回転体１２として回転軸線Ａを中心に回転する。

タービンハウジング４には、排気ガス流入口８及び排気ガス流出口１０が設けられている。内燃機関（図示せず）から排出された排気ガスが、排気ガス流入口８を通じてタービンハウジング４内に流入し、タービン翼車６を回転させ、その後、排気ガス流出口１０を通じてタービンハウジング４外に流出する。

コンプレッサハウジング５には、吸入部９及び吐出部１１が設けられている。タービン翼車６が回転すると、回転軸１４を介してコンプレッサ翼車７が回転する。回転するコンプレッサ翼車７は、吸入部９を通じて空気等の外部の気体を吸入し、圧縮して吐出部１１から吐出する。吐出部１１から吐出された圧縮気体は、前述の内燃機関に供給される。

図１及び図２に示されるように、コンプレッサハウジング５は、コンプレッサ翼車７の周囲に配置されたディフューザ５１と、ディフューザ５１の周囲に配置されたスクロール５２と、スクロール５２に接続された出口管５ａとを備えている。コンプレッサ翼車７から吐出される気体を減速させることによって、静圧を回復させる。スクロール５２には、全周に亘って、ディフューザ５１から気体が導入され、スクロール５２で集められた気体は、出口管５ａに吐出される。出口管５ａは吐出部１１に接続されている。コンプレッサ翼車７の外周端からディフューザ５１を通り、スクロール５２で集められた気体は、出口管５ａを介して吐出部１１へ送出される。

スクロール５２は、コンプレッサ翼車７の回りを一重の渦巻状に配置されており、内部には渦巻状のスクロール流路（流路）５４が形成されている。スクロール流路５４は、回転軸線Ａに直交する断面において略円形（図３、図４参照）を成している。なお、以下の説明では、スクロール流路５４の巻き方向（図２における時計回り方向）の各位置を、巻き終わり（終点Ｅ）と回転軸線Ａとを結ぶ直線を基準とした回転角で示す。例えば、０基準となる終点Ｅは、回転角３６０°または回転角０°の位置として説明される。また、巻き方向とは、スクロール流路５４における気体の流れ方向であり、以下、この流れに沿った方向を順方向Ｄａ、反対方向を逆方向Ｄｂとして説明する。

スクロール流路５４は、終点Ｅを０基準にして、回転角５０°の位置から終点Ｅまでの間、順方向に沿って渦巻状に伸び、その断面積は漸次拡大している。回転角５０°の位置は、巻き始め位置に相当し、スクロール５２の始点Ｓである。スクロール５２の始点Ｓには、舌部５ｂが配設されている。本実施形態に係る舌部５ｂの近傍、つまり、スクロール流路５４の始点Ｓ付近と終点Ｅ付近とは流路として接続されており、従って、スクロール流路５４において終点Ｅ側から始点Ｓ側へ向かう流れ（この流れを「再循環流」と呼ぶこともある）が生じることがある。本実施形態に係る舌部５ｂは、スクロール流路５４の終点Ｅ側と始点Ｓ側との接続部に設けられた角部であるが、舌部５ｂは、角部の先端が切り欠かれた断面形状、または角部の先端が湾曲した形状の突起部であってもよい。

スクロール５２では、導入された圧縮気体に対して一定の静圧回復を図る。ここで、スクロール流路５４内の気体の流れが壁内面５ｃから剥離すると、所望の静圧回復が難しくなり、圧縮性能に影響を及ぼす。以下、本実施形態において、少なくともスクロール５２の主要部にける剥離を抑止する要素、及びその機能について説明する。

図３は、スクロール５２の始点Ｓにおける仮想断面Ｃｓを示す図であり、図４は、スクロール５２の終点Ｅにおける仮想断面Ｃｓを示す図である。仮想断面Ｃｓとは、回転軸線Ａを含む仮想面により、スクロール流路５４を直交するようにスクロール５２を切断したと仮定した場合の断面図である。仮想断面Ｃｓは、回転角に応じて区別されている。具体的に説明すると、始点Ｓの仮想断面Ｃｓは、回転角５０°の位置におけるスクロール流路５４の断面を主に示し、終点Ｅの仮想断面Ｃｓは、回転角３６０°の位置におけるスクロール流路５４の断面を主に示す。

また、図５は、複数の異なる回転角での仮想断面Ｃｓにおけるスクロール流路５４の外形線Ｌ１〜Ｌ１４を重ね合わせて示す断層的な図である。図５には、スクロール５２の始点Ｓ及び終点Ｅにおけるスクロール流路５４の外形線Ｌ１、Ｌ１４のみならず、回転角６０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ２、回転角７０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ３、回転角８０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ４、回転角９０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ５、回転角１２０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ６、回転角１５０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ７、回転角１８０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ８、回転角２１０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ９、回転角２４０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ１０、回転角２７０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ１１、回転角３００°のスクロール流路５４の外形線Ｌ１２、及び回転角３３０°のスクロール流路５４の外形線Ｌ１３が重ね合わせられて示されている。なお、図５には、スクロール流路５４に気体を導入するディフューザ５１の外形線Ｌａも記載されている。

また、図３、図４、及び図５では、各仮想断面Ｃｓにおけるスクロール図心Ｇ１〜Ｇ１４が示されている。スクロール図心Ｇ１〜Ｇ１４とは、仮想断面Ｃｓにおけるスクロール５２の重心位置として仮定された点を意味する。特に、図５には、始点Ｓ（回転角５０°）のスクロール図心Ｇ１、及び終点Ｅ（回転角３６０°）のスクロール図心Ｇ１４に加え、回転角６０°のスクロール図心Ｇ２、回転角７０°のスクロール図心Ｇ３、回転角８０°のスクロール図心Ｇ４、回転角９０°のスクロール図心Ｇ５、回転角１２０°のスクロール図心Ｇ６、回転角１５０°のスクロール図心Ｇ７、回転角１８０°のスクロール図心Ｇ８、回転角２１０°のスクロール図心Ｇ９、回転角２４０°のスクロール図心Ｇ１０、回転角２７０°のスクロール図心Ｇ１１、回転角３００°のスクロール図心Ｇ１２、及び回転角３３０°のスクロール図心Ｇ１３が示されている。更に、図５には、各スクロール図心Ｇ１〜Ｇ１４を直線で結び、始点Ｓから終点Ｅにかけてのスクロール図心Ｇ１〜Ｇ１４の移動軌跡が示されている。

スクロール５２の仮想断面Ｃｓは、回転軸線Ａ回りの周方向において、始点Ｓから終点Ｅまでの連続する領域内の任意の位置に設定できる。つまり、理論的には、回転角に応じて無限に設定できるが、スクロール流路５４の断面形状や断面積等に関する特性と気体の流れの安定性（特に、剥離の発生）との相関関係を評価するためには、始点Ｓから終点Ｅまでの連続する領域内で均等間隔（回転角度間隔）の少なくとも５カ所以上（始点Ｓ、及び終点Ｅ含む）の仮想断面Ｃｓを設定できればよい。なお、６か所以上とすることで、より精度よく評価でき、本実施形態では、始点Ｓと終点Ｅの他に、回転角６０°から終点Ｅ（回転角３６０°）までを１０等分すべく、３０°の等間隔にて仮想断面Ｃｓを規定している。更に、回転角６０°から回転角９０°までを３等分すべく、１０°の等間隔にて仮想断面Ｃｓを規定している。

図５に示されるように、本実施形態に係るスクロール５２では、始点Ｓから終点Ｅまでの連続する仮想断面Ｃｓ（図３、図４参照）において、スクロール図心Ｇ１〜Ｇ１４は、始点Ｓから終点Ｅにかけて回転軸線Ａに近づくことはない。より詳しく説明すると、始点Ｓから終点Ｅにかけて気体の流れる方向（順方向Ｄａ）に連続して隣接する二つの仮想断面Ｃｓを想定した場合に、順方向Ｄａ側（流れ方向の下流側）の仮想断面Ｃｓにおけるスクロール図心（例えば、スクロール図心Ｇ１４）から回転軸線Ａまでの距離Ｄｓ（図４参照）は、逆方向Ｄｂ側（流れ方向の上流側）の仮想断面Ｃｓにおけるスクロール図心（例えば、スクロール図心Ｇ１３）から回転軸線Ａまでの距離Ｄｓよりも大きいか、または同じである。

また、本実施形態に係るスクロール５２では、始点Ｓから終点Ｅにかけての少なくとも一部の範囲は外方シフト範囲Ａｅになっている。外方シフト範囲Ａｅとは、始点Ｓに近い側から終点Ｅに近い側にかけて、スクロール図心Ｇ１〜Ｇ１４のそれぞれから回転軸線Ａまでの距離Ｄｓが漸次拡大、つまり、単調に増加している範囲である。具体的には、順方向Ｄａに連続して隣接する二つの仮想断面Ｃｓを想定する。ここで、順方向Ｄａ側の仮想断面Ｃｓにおけるスクロール図心（例えば、スクロール図心Ｇ１４）から回転軸線Ａまでの距離Ｄｓが、逆方向Ｄｂ側の仮想断面Ｃｓにおけるスクロール図心（例えば、スクロール図心Ｇ１３）から回転軸線Ａまでの距離Ｄｓよりも大きい場合、この範囲は、外方シフト範囲Ａｅである。

また、スクロール図心Ｇ１からスクロール図心Ｇ１４までを結ぶ図心の移動軌跡を見ると、スクロール図心Ｇ１からスクロール図心Ｇ１０までの移動軌跡は回転軸線Ａに対して略平行、つまり回転軸線Ａまでの距離が一定に推移している。一方で、スクロール図心Ｇ１０からスクロール図心Ｇ１４までは、回転軸線Ａを基準にした場合に略一定の傾きを有する。本実施形態では、この略一定の傾きを有する範囲が外方シフト範囲Ａｅであり、外方シフト範囲Ａｅは、終点Ｅ寄りの範囲に設けられている。終点Ｅ寄りの範囲とは、始点Ｓから終点Ｅにかけての連続する領域のうち、中間位置よりも終点Ｅ側の領域を意味する。本実施形態に係る中間位置は、以下の式で表され、具体的には回転角１５５°の位置である。

中間位置の回転角＝始点の回転角＋（終点の回転角−始点の回転角）／２・・・（式）

なお、本実施形態に係る外方シフト範囲Ａｅは終点Ｅを含む。しかしながら、外方シフト範囲Ａｅが終点Ｅを含んでいなくても、また、中間位置よりも始点Ｓ側の領域を含んでいたとしても、外方シフト範囲Ａｅのより多くの範囲が、中間位置よりも終点Ｅ側の領域に存在すれば、その外方シフト範囲Ａｅは、終点Ｅ寄りの範囲に設けられていることになる。

また、本実施形態では、始点Ｓから終点Ｅまでの連続する領域のうち、少なくとも一部の範囲は半径一定範囲Ａｓになっている。半径一定範囲Ａｓとは、回転軸線Ａからスクロール流路５４までの距離が一定となる範囲である。具体的には、半径一定範囲Ａｓ内の仮想断面Ｃｓを想定し、その仮想断面Ｃｓにおけるスクロール流路５４の外形線（例えば、Ｌ１４）を抽出した場合に、スクロール流路５４は、回転軸線Ａに最も近い内端部５４ａを備える（図４参照）。半径一定範囲Ａｓでは、内端部５４ａと回転軸線Ａとの距離であるスクロール半径Ｒｉｎは一定となる。なお、本実施形態では、半径一定範囲Ａｓと外方シフト範囲Ａｅとは略一致し、半径一定範囲Ａｓは終点Ｅ寄りの範囲に設けられている。なお、半径一定範囲Ａｓは、外方シフト範囲Ａｅに対してずらすように設けてもよい。

次に、上述のスクロール５２を備えたコンプレッサ３において、剥離を抑止し、流れの安定性を確保できるという作用、効果について説明する。

発明者は、実施形態及び比較形態に係るスクロールを備えたコンプレッサについて鋭意検討した。比較形態に係るスクロールは二種類あり、一方の比較形態（図９参照）は、外方シフト範囲Ａｅ及び半径一定範囲Ａｓを備えず、スクロールの始点Ｓから終点Ｅまでの全領域において、スクロール図心Ｇ１〜Ｇ１４のそれぞれから回転軸線Ａまでの距離Ｄｓが一定である。また、回転軸線Ａからスクロール流路５４までの距離であるスクロール半径Ｒｉｎは、始点Ｓから終点Ｅにかけて漸次縮小している。他方の比較形態は、スクロールの始点から終点にかけて、スクロール図心が回転軸線に近づいていく領域が存在する形態である。また、スクロール半径は、始点から終点にかけて漸次縮小している。

比較形態を検証したところ、比較形態に係るスクロール１００では、スクロール流路５４内で剥離が生じ、その結果、流れの安定性が損なわれて圧縮性能に支障を来す可能性があることが判明した。また、この剥離は、スクロール流路５４における終点寄りの範囲に生じ易いところ、剥離の発生場所が回転角３００°以上の場合には圧縮性能への影響が少なく、回転角３００°以下の場合には影響が大きいという知見も得た。したがって、特に、回転角３００°以下での剥離の発生を効果的に抑制することが重要になる。

比較形態について更に検証したところ、剥離は、スクロール流路５４における遠心方向（外方）とは逆となる内方、つまり回転軸線Ａに近い内端部５４ａ側で生じている。剥離の発生を、角運動量保存の法則に基づいて検討すると、例えば、流れる気体の角速度は、回転軸線Ａに近くなるほど大きくなる。そして、始点Ｓから終点Ｅにかけての順方向で、内端部５４ａが回転軸線Ａに近づき始めると、内端部５４ａに沿って流れている気体の角速度が増加することになり、剥離が生じ易い環境になると推察できる。

スクロール流路５４の内端部５４ａが回転軸線Ａに近づくという技術的意味は、設計上、スクロール図心Ｇ１〜Ｇ１４が回転軸線Ａに近づくことに通じる。つまり、剥離を抑止するためには、少なくとも、始点Ｓから終点Ｅにかけてスクロール図心Ｇ１〜Ｇ１４が回転軸線Ａに近づかないことが重要であり、更に、剥離が懸念される範囲が外方シフト範囲Ａｅになるようにし、スクロール流路５４の内端部５４ａに沿って流れている気体の角速度を徐々に減少させることが有効であると推察される。

また、スクロール図心Ｇ１〜Ｇ１４ではなく、スクロール流路５４の内端部５４ａを主体的に考えた場合、少なくとも一部の範囲を半径一定範囲Ａｓとし、回転軸線Ａからスクロール流路５４（内端部５４ａ）までの距離が一定になるようにすると、スクロール流路５４の内方へ広がりを抑えることができる。その結果、半径一定範囲Ａｓでは、内端部５４ａに沿って流れる気体の角速度は増加せず、剥離の抑止に有効であると推察される。

上記の推察から、発明者は、特に回転角３００°以下での剥離の発生を効果的に抑制するために必要となる二つの技術的特徴を見出した。一方の特徴は、始点Ｓから終点Ｅにかけてスクロール図心Ｇ１〜Ｇ１４が回転軸線Ａに近づくことはなく、且つ、少なくとも一部の範囲が外方シフト範囲Ａｅになることである。また、他方の特徴は、始点Ｓから終点Ｅまでの少なくとも一部の範囲が半径一定範囲Ａｓになることである。

本実施形態に係るコンプレッサ３は、上記の両方の技術的特徴を備えているので、スクロール流路５４での剥離を抑制でき、流れの安定性を確保し易く、圧縮性能の向上に有利である。なお、本実施形態では、両方の技術的特徴を備えており、剥離の抑止という観点で優位であるが、いずれか一方のみであっても、剥離の抑止効果を期待でき、その結果、流れの安定性を確保し易くなって圧縮性能を向上できる。

また、本実施形態では、外方シフト範囲Ａｅや半径一定範囲Ａｓを終点Ｅ寄りの範囲に設けている。比較形態に係るコンプレッサでは、スクロール１００の始点Ｓ側よりも終点Ｅ側の位置で剥離が生じる傾向がある。つまり、外方シフト範囲Ａｅや半径一定範囲Ａｓを終点Ｅ寄りの範囲に設けることにより、スクロール流路５４での剥離を効果的に抑え易くなる。

また、本実施形態に係るスクロール流路５４は、仮想断面Ｃｓにおいて、ディフューザ５１に連絡する受け入れ部５ｄを有する。受け入れ部５ｄから回転軸線Ａまでの距離（ディフューザ出口半径）は始点Ｓから終点Ｅまで略一定であり、この距離をＲｄとする。また、始点Ｓから終点Ｅまでの連続する仮想断面Ｃｓにおいて、スクロール流路５４の内端部５４ａから回転軸線Ａまでの距離であるスクロール半径をＲｉｎとする。ここでディフューザ出口半径に対するスクロール半径の比であるＲｉｎ／Ｒｄは、始点Ｓから終点Ｅまでの範囲で０．７５以上が好ましく、０．８０以上が更に好ましく、０．９０以上が更に好ましい。Ｒｉｎ／Ｒｄが０．７５以上であると、０．７５未満の態様よりも回転角３００°以下の領域（スクロール５２の主要部）での剥離の発生を抑止し易く、０．８０以上であれば、より抑止し易くなる。更に、０．９以上であると、剥離の発生自体を確実に抑止し易くなる。なお、Ｒｉｎ／Ｒｄは１．００未満であると好ましい。

次に、図６を参照し、上記の基本形態から派生した第１の変形例に係るスクロール５２Ａについて説明する。なお、第１の変形例及び後述の第２、第３の変形例において上記の基本形態と同一の要素や構造については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本変形例に係るスクロール５２Ａでは、始点Ｓから終点Ｅまでの連続する仮想断面Ｃｓ（図３、図４参照）において、スクロール図心Ｇ１〜Ｇ１４は、始点Ｓから終点Ｅにかけて回転軸線Ａに近づくことはない。また、始点Ｓから終点Ｅにかけての全領域が外方シフト範囲Ａｅになっており、順方向Ｄａにおいて、スクロール図心Ｇ１〜Ｇ１４のそれぞれから回転軸線Ａまでの距離Ｄｓは漸次拡大している。また、スクロール図心Ｇ１からスクロール図心Ｇ１４までを結ぶ図心の移動軌跡は回転軸線Ａを基準にした場合に全体的に略一定の傾きを有する。なお、本変形例に係るスクロール５２Ａでは、半径一定範囲Ａｓは設けられていない。

次に、図７を参照し、上記の基本形態から派生した第２の変形例に係るスクロール５２Ｂについて説明する。本変形例に係るスクロール５２Ｂでは、始点Ｓから終点Ｅまでの連続する仮想断面Ｃｓ（図３、図４参照）において、スクロール図心Ｇ１〜Ｇ１４は、始点Ｓから終点Ｅにかけて回転軸線Ａに近づくことはない。また、始点Ｓから終点Ｅにかけての全領域が外方シフト範囲Ａｅになっており、順方向Ｄａにおいて、スクロール図心Ｇ１〜Ｇ１４のそれぞれから回転軸線Ａまでの距離Ｄｓは漸次拡大している。なお、スクロール図心Ｇ１からスクロール図心Ｇ１４までを結ぶ図心の移動軌跡の傾きは、終点Ｅ側（スクロール図心Ｇ１４側）の方が、始点Ｓ側（スクロール図心Ｇ１側）よりも大きくなっている。なお、本変形例に係るスクロール５２Ａでは、半径一定範囲Ａｓは設けられていない。

次に、図８を参照し、上記の基本形態から派生した第３の変形例に係るスクロール５２Ｃについて説明する。本変形例に係るスクロール５２Ｃでは、始点Ｓから終点Ｅまでの連続する仮想断面Ｃｓにおいて、スクロール図心Ｇ１〜Ｇ１４は、始点Ｓから終点Ｅにかけて回転軸線Ａに近づくことはない。また、第３の変形例では、終点Ｅ寄りの範囲が外方シフト範囲Ａｅになっているものの、終点Ｅは外方シフト範囲Ａｅに含まれていない。具体的には、スクロール図心Ｇ１からスクロール図心Ｇ５までを結ぶ図心の移動軌跡、及びスクロール図心Ｇ１３とスクロール図心Ｇ１４とを結ぶ図心の移動軌跡は、回転軸線Ａに対して略平行に推移しており、外方シフト範囲Ａｅにはなっていない。一方で、スクロール図心Ｇ５からスクロール図心Ｇ１３までを結ぶ図心の移動軌跡は所定の傾きを有し、外方シフト範囲Ａｅである。なお、本変形例に係るスクロール５２Ｃでは、半径一定範囲Ａｓは設けられていない。

以上の第１〜第３の変形例は、半径一定範囲Ａｓを備えていないが、スクロール流路５４内において剥離は発生せず、流れの安定性を確保でき、圧縮性能を向上できる。

以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。

［実施例１］
実施例１に係るスクロールは、始点から終点までの連続する仮想断面において、スクロール図心は、始点から終点にかけて回転軸線に近づくことはない。また、スクロール流路の始点側の一部を除き、終点を含む略全体が外方シフト範囲になっており、外方シフト範囲は終点寄りの範囲に設けられている。また、外方シフト範囲におけるスクロール図心の移動軌跡の傾きは略一定である。また、実施例１に係るスクロールは、外方シフト範囲に対応するように半径一定範囲を備える。本実施例において、始点から終点にかけてのスクロール半径（Ｒｉｎ）の最大値は３２．９８ｍｍであり、ディフューザ出口半径（Ｒｄ）は３６ｍｍであり、Ｒｉｎ／Ｒｄは、０．９１６であった。表１に示される通り、本実施例では剥離は観測されなかった。

［実施例２］
実施例２に係るスクロールは、始点から終点までの連続する仮想断面において、スクロール図心は、始点から終点にかけて回転軸線に近づくことはない。また、スクロール流路の全体が外方シフト範囲になっており、スクロール図心の移動軌跡の傾きは、始点を含む領域、及び終点を含む領域では急勾配であり、始点を含む領域と終点を含む領域との間である中間領域は緩勾配である。なお、実施例２に係るスクロールでは、半径一定範囲は設けられていない。本実施例において、始点から終点にかけてのスクロール半径（Ｒｉｎ）の最大値は３７．６７ｍｍであり、ディフューザ出口半径（Ｒｄ）は４１．８ｍｍであり、Ｒｉｎ／Ｒｄは、０．９０１であった。表１に示される通り、本実施例では剥離は観測されなかった。

［実施例３］
実施例３に係るスクロールは、始点から終点までの連続する仮想断面において、スクロール図心は、始点から終点にかけて回転軸線に近づくことはない。また、スクロール流路の全体が外方シフト範囲になっており、スクロール図心の移動軌跡の傾きは、始点を含む領域、及び終点を含む領域では急勾配であり、始点を含む領域と終点を含む領域との間である中間領域は緩勾配である。なお、実施例２に係るスクロールでは、半径一定範囲は設けられていない。本実施例において、始点から終点にかけてのスクロール半径（Ｒｉｎ）の最大値は４４．７５ｍｍであり、ディフューザ出口半径（Ｒｄ）は４６．４５ｍｍであり、Ｒｉｎ／Ｒｄは、０．９６３であった。表１に示される通り、本実施例では剥離は観測されなかった。

［実施例４］
実施例４に係るスクロールは、始点から終点までの連続する仮想断面において、スクロール図心は、始点から終点にかけて回転軸線に近づくことはない。また、スクロール流路の始点を含む前半の範囲が外方シフト範囲になっており、終点寄りの範囲では、スクロール図芯の移動軌跡は回転軸線に対して略平行になっている。なお、実施例２に係るスクロールでは、半径一定範囲は設けられていない。本実施例において、始点から終点にかけてのスクロール半径（Ｒｉｎ）の最大値は２９．５ｍｍであり、ディフューザ出口半径（Ｒｄ）は３６ｍｍであり、Ｒｉｎ／Ｒｄは、０．８１９であった。表１に示される通り、本実施例では剥離が観測されたが、剥離が観測された回転角は３６０°であり、スクロールの主要部では発生が確認されなかった。

［比較例１］
比較例１に係るスクロールは、始点から終点までの連続する仮想断面において、特に、回転角９０°以上の範囲でスクロール図心は回転軸線に近づいている。また、比較例１に係るスクロールでは、スクロール流路から回転軸線までの距離は、順方向において徐々に短くなっている。なお、後述するように、各比較例１〜３では、剥離が発生している。そして、剥離が生じている箇所における内端部から回転軸線までの距離を、便宜的にスクロール半径（Ｒｉｎ）として説明する。

比較例１に係るスクロール半径（Ｒｉｎ）は２５．２２ｍｍであり、ディフューザ出口半径（Ｒｄ）は３６ｍｍであり、Ｒｉｎ／Ｒｄは、０．７０１であった。表１に示される通り、本比較例では、回転角２１０°の位置で剥離が観測された。

［比較例２］
比較例２に係るスクロールは、始点から終点までの連続する仮想断面において、特に、回転角７０°以上の範囲で、スクロール図心は回転軸線に近づいている。また、比較例２に係るスクロールでは、スクロール流路から回転軸線までの距離は、順方向において徐々に短くなっている。

比較例２に係るスクロール半径（Ｒｉｎ）は３０．５ｍｍであり、ディフューザ出口半径（Ｒｄ）は４１．４５ｍｍであり、Ｒｉｎ／Ｒｄは、０．７３６であった。表１に示される通り、本比較例では、回転角２１０°の位置で剥離が観測された。

［比較例３］
比較例３に係るスクロールは、始点から終点までの連続する仮想断面において、特に、回転角２４０°以上の範囲において、スクロール図心は回転軸線に近づいている。また、比較例３に係るスクロールでは、スクロール流路から回転軸線までの距離は、順方向において徐々に短くなっている。

比較例３に係るスクロール半径（Ｒｉｎ）は３２．２９ｍｍであり、ディフューザ出口半径（Ｒｄ）は４６．４５ｍｍであり、Ｒｉｎ／Ｒｄは、０．６９５であった。表１に示される通り、本比較例では、回転角２７０°の位置で剥離が観測された。

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、各実施例の変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

また、本発明は、自動車用過給機に適用されるものに限定されず、船舶その他に適用されてもよい。更に、過給機以外の遠心圧縮機に適用されてもよい。

３ コンプレッサ
７ コンプレッサ翼車（インペラ）
５２ スクロール
５１ ディフューザ
５ｄ 受け入れ部
５４ａ 内端部
５４ スクロール流路（流路）
Ａ 回転軸線
Ｃｓ 仮想断面
Ｇ１〜Ｇ１４ スクロール図心
Ｒｄ ディフューザ出口半径
Ｒｉｎ スクロール半径
Ｓ 始点
Ｅ 終点

Claims (7)

1. 気体を圧送するインペラと、
   前記インペラの周囲に配置され、且つ始点から終点にかけて流路が拡大するスクロールと、を備え、
   前記スクロールの前記始点から前記終点までの任意の位置において、前記インペラの回転軸線を含む仮想面で切断された前記スクロールの仮想断面、及び前記仮想断面におけるスクロール図心を仮定した場合に、
   前記始点から前記終点までの連続する前記仮想断面において、前記スクロール図心は、前記始点から前記終点にかけて前記回転軸線に近づくことはなく、且つ、前記始点から前記終点にかけての少なくとも一部の範囲で、前記スクロール図心から前記回転軸線までの距離は漸次拡大し、
   前記回転軸線から前記スクロールの前記流路までの距離は、前記始点から前記終点にかけて漸次縮小している、遠心圧縮機。
2. 前記一部の範囲は、前記終点寄りの範囲である、請求項１記載の遠心圧縮機。
3. 前記インペラで圧送される気体を前記スクロールに導入するディフューザを更に備え、
   前記スクロールの流路は、前記仮想断面において、前記ディフューザに連絡する受け入れ部と、前記回転軸線に最も近い内端部と、を備え、
   前記受け入れ部から前記回転軸線までの距離であるディフューザ出口半径をＲｄとし、前記内端部から前記回転軸線までの距離であるスクロール半径をＲｉｎとした場合に、前記ディフューザ出口半径に対する前記スクロール半径の比であるＲｉｎ／Ｒｄは、前記始点から前記終点までの範囲で０．７５以上である、請求項１または２記載の遠心圧縮機。
4. 前記ディフューザ出口半径に対する前記スクロール半径の比Ｒｉｎ／Ｒｄは、前記始点から前記終点までの範囲で０．９０以上である、請求項３記載の遠心圧縮機。
5. 前記インペラで圧送される気体を前記スクロールに導入するディフューザを更に備え、
   前記スクロールの流路は、前記仮想断面において、前記回転軸線に最も近い内端部を備え、
   前記回転軸線から前記内端部までの距離は、前記始点から前記終点までの少なくとも一部の範囲で一定である、請求項１〜４のいずれか一項記載の遠心圧縮機。
6. 気体を圧送するインペラと、
   前記インペラの周囲に配置され、且つ始点から終点にかけて流路が拡大するスクロールと、を備え、
   前記インペラの回転軸線から前記流路までの距離は、前記始点から前記終点までの少なくとも一部の範囲で一定である、遠心圧縮機。
7. 前記一部の範囲は、前記終点寄りの範囲である、請求項６記載の遠心圧縮機。

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