DE112019000859B4

DE112019000859B4 - Turbine

Info

Publication number: DE112019000859B4
Application number: DE112019000859.5T
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Ikeya
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2018-02-19
Filing date: 2019-02-04
Publication date: 2024-03-28
Anticipated expiration: 2039-02-05
Also published as: CN111727310A; DE112019000859T5; US11377979B2; US20200378276A1; WO2019159744A1; JPWO2019159744A1; CN111727310B; JP6930652B2

Abstract

Turbine (2), mit:einer Drehwelle (4);einer Schaufel (21), die an der Drehwelle (4) befestigt ist;einem Gehäuse (H), das ein Turbinengehäuse (22) umfasst, das die Schaufel (21) aufnimmt; undeinem Lager (82), das in dem Gehäuse (H) vorgesehen ist, um die Drehwelle (4) drehbar zu stützen,wobei das Turbinengehäuse (22) einen Ausstoßpfad (18) umfasst, der eingerichtet ist, ein Gas in einem ersten Raum (S), in dem das Lager (82) vorgesehen ist, zu einem zweiten Raum (22a) in dem Turbinengehäuse (22) auszustoßen, undder Ausstoßpfad (18) eine Einlassöffnung (18a), die mit dem ersten Raum (S) in Verbindung ist, und eine Auslassöffnung (18b) umfasst, die sich zu dem zweiten Raum (22a) hin öffnet, dadurch gekennzeichnet, dasseine Bodenfläche (18c) des Ausstoßpfads (18) aus einem geneigten Abschnitt besteht, der von der Einlassöffnung (18a) in Richtung der Auslassöffnung (18b) abfällt, oder aus dem geneigten Abschnitt und einem horizontalen Abschnitt besteht, der sich von dem geneigten Abschnitt durchgehend horizontal erstreckt, wobei sich der geneigte Abschnitt stromabwärts des horizontalen Abschnitts fortsetzt und in Richtung zur Auslassöffnung (18b) abfällt,wobei die Bodenfläche (18c) sich über den gesamten Ausstoßpfad (18) von der Einlassöffnung (18a) zu der Auslassöffnung (18b) erstreckt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Turbine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Wie im Patentdokument 1 und Patentdokument 2 gezeigt ist, ist ein Turbolader bekannt, der eine Turbine und einen Verdichter umfasst. Beispielsweise ist bei dem im Patentdokument 1 gezeigten Turbolader eine Drehwelle auf einem Gleitlager und einem Axiallager gestützt, die in einem Mittelgehäuse ausgebildet sind. Ein Strömungspfad und ein Führungsrohr, das mit dem Strömungspfad verbunden ist, sind in dem Mittelgehäuse vorgesehen. Das Führungsrohr ist mit einem Strömungspfad verbunden, der in einem Turbinenbehälter vorgesehen ist. Wenn ein Turbinenlaufrad durch ein Abgas angetrieben wird, um dadurch zu bewirken, dass ein Verdichterauslassdruck höher ist als ein Verdichtereinlassdruck, strömt Luft in das Mittelgehäuse aus einem Auslassabschnitt eines Verdichterlaufrads, um das Axiallager und das Gleitlager zu kühlen. Ein Teil der Luft strömt zu einem Auslassströmungspfad der Turbine durch den Strömungspfad und das Führungsrohr in dem Mittelgehäuse und anschließend durch den Strömungspfad des Turbinenbehälters.
Bei dem im Patentdokument 2 gezeigten Turbolader ist eine Drehwelle auf einem Gleitlager, das in einem Mittelgehäuse vorgesehen ist, und einem Axiallager gestützt, das zwischen einer Turbine und dem Mittelgehäuse vorgesehen ist. Ein Führungspfad, der mit einer großen Anzahl von Luftzuführlöchern in Verbindung ist, die auf der Innenseite des Gleitlagers ausgebildet sind, ist in einem Außenumfangsabschnitt des Gleitlagers ausgebildet. Verdichtete Luft wird dem Führungspfad von einer Verdichteraußenseite über ein Luftzuführrohr zugeführt. Eine Ausstoßnut, die eine ringförmige Gestalt hat, ist in einer Innenumfangslagerfläche des Gleitlagers ausgebildet. Ein Führungsloch, das mit der Ausstoßnut verbunden ist, ist ausgebildet, um durch das Gleitlager und das Mittelgehäuse zu dringen. Eine Verteilungsnut, die mit dem Führungsloch verbunden ist, ist an einem Rand einer Mittelgehäuseseite des Axiallagers ausgebildet. Ferner ist das Axiallager mit einem Ausblasloch versehen, das mit der Verteilungsnut in Verbindung ist, um sich zu einer Turbinenseite zu öffnen. Die verdichtete Luft, die von dem Verdichter zugeführt wird, bewirkt, dass das Gleitlager und das Axiallager die Drehwelle stützen. Derweil strömt ein Teil der verdichteten Luft in die Ausstoßnut des Gleitlagers, um aus der Verteilungsnut und dem Ausblasloch zu einer Rückflächenseite der Turbine ausgeblasen zu werden.
Patentdokument 3 zeigt eine herkömmliche Turbine.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: JP S60 - 18 233 U
Patentdokument 2: JP S60 - 173 316 A
Patentdokument 3: DE 10 2011 087 606 A1

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Bei einem Turbolader, der eine Turbine umfasst, kann feuchtes Gas (Luft, die Wasserdampf enthält) in die Turbine als Abgas strömen. Die Turbine wird durch ein solches feuchtes Gas betrieben. Wenn der Wasserdampf kondensiert, kann Wasser in einem Gehäuse gesammelt werden. Vorliegend kann ein Turbinengehäuse mit einem Strömungspfad (Ausstoßpfad) versehen sein, der das Gas ausstößt, das in einen Raum strömt, in dem ein Lager vorgesehen ist. Wenn das gesammelte Wasser in den Ausstoßpfad strömt, um zu bleiben, kann das Wasser die Turbine beeinträchtigen. Wenn beispielsweise das Wasser aufgrund einer Verringerung einer Temperatur einfriert, kann der Ausstoßpfad blockiert werden, sodass eine Störung in Komponenten (beispielsweise einer Drehwelle usw.) in dem Gehäuse auftreten kann.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt eine Turbine, die imstande ist, ein Kondenswasser auszustoßen, das sich in einem Raum sammelt, in dem ein Lager in einem Gehäuse vorgesehen ist.
Lösung der Aufgabe
Dies wird erfindungsgemäß durch eine Turbine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß ist eine Turbine vorgesehen, die Folgendes umfasst: eine Drehwelle; eine Schaufel, die an der Drehwelle befestigt ist; ein Gehäuse, das ein Turbinengehäuse umfasst, das die Schaufel aufnimmt; sowie ein Lager, das in dem Gehäuse vorgesehen ist, um die Drehwelle drehbar zu stützen. Das Turbinengehäuse umfasst einen Ausstoßpfad, der eingerichtet ist, ein Gas in einem ersten Raum, in dem das Lager vorgesehen ist, zu einem zweiten Raum in dem Turbinengehäuse auszustoßen. Der Ausstoßpfad umfasst eine Einlassöffnung, die mit dem ersten Raum in Verbindung ist, und eine Auslassöffnung, die sich zu dem zweiten Raum hin öffnet. Eine Bodenfläche des Ausstoßpfads besteht aus einem geneigten Abschnitt, der von der Einlassöffnung in Richtung der Auslassöffnung abfällt, oder besteht aus dem geneigten Abschnitt und einem horizontalen Abschnitt, der sich von dem geneigten Abschnitt durchgehend horizontal erstreckt, wobei sich der geneigte Abschnitt stromabwärts des horizontalen Abschnitts fortsetzt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Erfindungsgemäß ist es möglich, das Kondenswasser auszustoßen, das sich in dem Raum sammelt, in dem das Lager in dem Gehäuse vorgesehen ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist eine erläuternde Ansicht, die einen elektrischen Turbolader (Radialverdichter) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schematisch zeigt.
2 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel des elektrischen Turboladers (Radialverdichters) gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
3 ist eine Schnittansicht, die eine Vergrößerung der Umgebung eines Turbinengehäuses, eines Dichtungsabschnitts und eines Lagers der 2 zeigt.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Baugruppe zeigt, in der eine Dichtungsplatte an einem Mittelgehäuse befestigt ist.
5 ist eine perspektivische Ansicht, die die Dichtungsplatte zeigt.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die die Dichtungsplatte der 5 zeigt, von einer Rückflächenseite aus betrachtet.
7 ist eine Schnittansicht, die die Struktur eines Bereichs, der tiefer als ein Verbindungsanschluss angeordnet ist, zeigt, von einer Turbinenseite aus in einer Drehachsenrichtung betrachtet.
8 ist eine Ansicht, die die Gestalt eines Ausstoßpfads, der in dem Turbinengehäuse ausgebildet ist, zeigt, von der Turbinenseite aus in der Drehachsenrichtung betrachtet.

Beschreibung von Ausführungsformen
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Turbine vorgesehen, die Folgendes umfasst: eine Drehwelle; eine Schaufel, die an der Drehwelle befestigt ist; ein Gehäuse, das ein Turbinengehäuse umfasst, das die Schaufel aufnimmt; sowie ein Lager, das in dem Gehäuse vorgesehen ist, um die Drehwelle drehbar zu stützen. Das Turbinengehäuse umfasst einen Ausstoßpfad, der eingerichtet ist, Gas in einem ersten Raum, in dem das Lager vorgesehen ist, zu einem zweiten Raum in dem Turbinengehäuse auszustoßen. Der Ausstoßpfad umfasst eine Einlassöffnung, die mit dem ersten Raum in Verbindung ist, sowie eine Auslassöffnung, die sich zu dem zweiten Raum hin öffnet. Eine Bodenfläche des Ausstoßpfads besteht aus einem geneigten Abschnitt, der von der Einlassöffnung aus in Richtung der Auslassöffnung abfällt, oder besteht aus dem geneigten Abschnitt und einem horizontalen Abschnitt, der sich von dem geneigten Abschnitt aus durchgehend horizontal erstreckt.
Gemäß der Turbine wird das Gas in dem ersten Raum, in dem das Lager vorgesehen ist, zu dem zweiten Raum in dem Turbinengehäuse durch den Ausstoßpfad ausgestoßen. Wenn das Gas, das in die Turbine strömt, Wasserdampf enthält, und ein Kondenswasser, das durch das Kondensieren des Wasserdampfs erzeugt wird, in dem Gehäuse gesammelt wird, kann das Kondenswasser auch in dem ersten Raum gesammelt werden. Wenn der Wasserpegel des Kondenswassers die Einlassöffnung des Ausstoßpfads erreicht, tritt das Kondenswasser in den Ausstoßpfad ein. Die Bodenfläche des Ausstoßpfads besteht aus dem geneigten Abschnitt, der in Richtung der Auslassöffnung abfällt, oder besteht aus dem geneigten Abschnitt und dem horizontalen Abschnitt. Anders gesagt, die Bodenfläche des Ausstoßpfads umfasst keinen geneigten Abschnitt, der in Richtung der Auslassöffnung ansteigt. Daher wird das Kondenswasser, das in den Ausstoßpfad getreten ist, erfolgreich zu dem zweiten Raum ausgestoßen. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann die Turbine gemäß dem einen Aspekt das Kondenswasser, das sich in dem Raum sammelt, in dem das Lager in dem Gehäuse vorgesehen ist, ausstoßen. Der Ausstoßpfad dient sowohl als ein Durchlass zum Ausstoßen des Gases als auch als ein Durchlass zum Ausstoßen des Kondenswassers. Der Ausstoßpfad, der die vorstehend beschriebene Gestalt hat, ist nie mit dem Kondenswasser gefüllt. Wenn die Turbine angehalten ist, ist der Gasströmungspfad in dem Ausstoßpfad auch in einem Fall sichergestellt, in dem das Kondenswasser aufgrund einer Verringerung einer Temperatur gefroren ist.
In einigen Aspekten umfasst das Gehäuse ein Mittelgehäuse, in dem das Lager vorgesehen ist, und das mit dem Turbinengehäuse verbunden ist, und wobei das Mittelgehäuse einen Verbindungsanschluss umfasst, der ein Auslass des ersten Raums ist und der Einlassöffnung des Ausstoßpfads gegenüberliegt. In diesem Fall wird das Kondenswasser, das in dem ersten Raum in dem Mittelgehäuse vorhanden ist, aus dem Verbindungsanschluss einfach ausgestoßen. Das ausgestoßene Kondenswasser tritt einfach in den Ausstoßpfad über die Einlassöffnung ein.
In einigen Aspekten umfasst die Turbine ferner eine Dichtungsplatte, die zwischen dem Turbinengehäuse und dem Mittelgehäuse vorgesehen ist, und wobei ein Führungspfad, der sich zwischen dem ersten Raum und dem Verbindungsanschluss erstreckt, in einem Außenumfangsabschnitt der Dichtungsplatte ausgebildet ist. Der Führungspfad, der in der Dichtungsplatte ausgebildet ist, kann das Kondenswasser, das in dem ersten Raum vorhanden ist, zu dem Verbindungsanschluss führen. Daher kann das Ausstoßen des Kondenswassers durch den Verbindungsanschluss problemlos durchgeführt werden.
In einigen Aspekten sind sowohl ein unteres Ende des Verbindungsanschlusses des Mittelgehäuses als auch ein unteres Ende der Einlassöffnung des Ausstoßpfads des Turbinengehäuses niedriger angeordnet als die Drehwelle. In diesem Fall erreicht der Wasserpegel (Pegel) des Kondenswassers nie die Drehwelle. Daher ist es beispielsweise auch in einem Fall, in dem das Kondenswasser aufgrund einer Verringerung einer Temperatur gefroren ist, möglich zu verhindern, dass die Drehwelle an dem Eis stecken bleibt, das von dem Kondenswasser herrührt. Solange wie die Drehwelle in dem Gehäuse drehen kann, kann die Turbine betrieben werden. Der Betrieb der Turbine bewirkt eine Erhöhung einer Temperatur. Infolgedessen schmilzt das Eis zu Wasser und kann das Wasser aus dem Ausstoßpfad ausgestoßen werden.
In einigen Aspekten ist ein Dichtungsabschnitt für die Drehwelle zwischen dem Lager und der Schaufel vorgesehen. In diesem Fall können beispielsweise ein Gas, das durch den Dichtungsabschnitt von einer Rückfläche der Schaufel getreten ist, ein Gas, dass das Lager gekühlt hat, usw. in dem ersten Raum gesammelt werden, um zu dem zweiten Raum durch den Ausstoßpfad ausgestoßen zu werden.
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung der Zeichnungen werden gleichen Komponenten dieselben Bezugszeichen zugeordnet, und wobei doppelte Beschreibungen ausgelassen werden. In dieser Beschreibung werden Begriffe wie „nach oben und nach unten“, „vertikal“, „horizontal“ und „Bodenfläche“ basierend auf einem Zustand verwendet, in dem eine Turbine installiert ist. Anders gesagt, in dieser Beschreibung werden die Begriffe „ansteigen“ und „abfallen“ basierend auf einem Zustand, in dem die Turbine installiert ist, sowie bezüglich der Schwerkraft verwendet.
Ein elektrischer Turbolader (ein Beispiel eines Radialverdichters) 1 gemäß der Ausführungsform wird beschrieben. Der elektrische Turbolader 1 wird beispielsweise bei einem Brennstoffzellensystem (nicht gezeigt) verwendet. Der elektrische Turbolader 1 ist eine Brennstoffzellenluftzuführvorrichtung. Die Art des Brennstoffzellensystems ist nicht besonders beschränkt. Das Brennstoffzellensystem kann beispielsweise eine Festpolymerelektrolytbrennstoffzelle (PEFC), eine Phosphorsäurebrennstoffzelle (PAFC) usw. sein.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, umfasst der elektrische Turbolader 1 eine Turbine 2 und einen Verdichter 3. Die Turbine 2 ist beispielsweise eine Abgasturbine für eine Brennstoffzelle. Die Turbine 2 umfasst eine Drehwelle 4, die eine Drehachse X hat. Ein Turbinenlaufrad (Schaufel) 21 ist an einem Ende der Drehwelle 4 befestigt, und ein Verdichterlaufrad 31 ist an dem anderen Ende der Drehwelle 4 befestigt. Ein Motor 5, der eine Drehantriebskraft auf die Drehwelle 4 ausübt, ist zwischen dem Turbinenlaufrad 21 und dem Verdichterlaufrad 31 installiert. Eine verdichtete Luft (ein Beispiel eines „verdichteten Gases“) G, die durch den Verdichter 3 verdichtet wird, wird dem vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystem als ein Oxidationsmittel (Sauerstoff) zugeführt. Eine chemische Reaktion zwischen einem Brennstoff und dem Oxidationsmittel tritt in dem Brennstoffzellensystem auf, um eine Elektrizität zu erzeugen. Luft, die Wasserdampf enthält, wird aus dem Brennstoffzellensystem ausgestoßen, und wobei die Luft der Turbine 2 zugeführt wird.
Der elektrische Turbolader 1 dreht das Turbinenlaufrad 21 der Turbine 2 unter Verwendung einer Hochtemperaturluft, die aus dem Brennstoffzellensystem ausgestoßen wird. Die Drehung des Turbinenlaufrads 21 bewirkt, dass das Verdichterlaufrad 31 des Verdichters 3 dreht und die verdichtete Luft G dem Brennstoffzellensystem zugeführt wird. In dem elektrischen Turbolader 1 kann ein Großteil der Antriebskraft des Verdichters 3 durch den Motor 5 ausgeübt werden. Der elektrische Turbolader 1 kann nämlich ein im Wesentlichen motorangetriebener Turbolader sein.
Das Brennstoffzellensystem und der elektrische Turbolader 1 können beispielsweise in einem Fahrzeug (Elektroauto) montiert sein. Eine Elektrizität, die durch das Brennstoffzellensystem erzeugt wird, kann dem Motor 5 des elektrischen Turboladers 1 zugeführt werden; jedoch kann Elektrizität von einer elektrischen Energiequelle zugeführt werden, die von dem Brennstoffzellensystem verschieden ist.
Der elektrische Turbolader 1 umfasst die Turbine 2, den Verdichter 3 und einen Inverter 6, der den Drehantrieb des Motors 5 steuert. Die Turbine 2 umfasst ein Turbinengehäuse 22, das Turbinenlaufrad 21, das in dem Turbinengehäuse 22 aufgenommen ist, ein Motorgehäuse (Mittelgehäuse) 7, die Drehwelle 4 und den Motor 5, der in dem Motorgehäuse 7 angeordnet ist, sowie eine Luftlagerstruktur 8, die nachstehend beschrieben wird.
Der Verdichter 3 umfasst ein Verdichtergehäuse 32 und das Verdichterlaufrad 31, das in dem Verdichtergehäuse 32 aufgenommen ist. Das Motorgehäuse 7 ist zwischen dem Turbinengehäuse 22 und dem Verdichtergehäuse 32 vorgesehen. Die Drehwelle 4 wird durch die Luftlagerstruktur (Gaslagerstruktur) 8 in dem Motorgehäuse 7 drehbar gestützt. Ein Gehäuse H des elektrischen Turboladers 1 umfasst das Turbinengehäuse 22, das Verdichtergehäuse 32 und das Motorgehäuse 7. Unter diesen Gehäusen stellen das Turbinengehäuse 22 und das Motorgehäuse 7 ein Gehäuse der Turbine 2 dar.
Das Turbinengehäuse 22 ist mit einem Abgaseinlassanschluss (nicht gezeigt) und einem Abgasauslassanschluss 22a versehen. Die Luft, die Wasserdampf enthält, die aus dem Brennstoffzellensystem ausgestoßen wird, strömt in das Turbinengehäuse 22 durch den Abgaseinlassanschluss. Die Luft tritt durch eine Turbinenspirale 22b, um einer Einlassseite des Turbinenlaufrads 21 zugeführt zu werden. Das Turbinenlaufrad 21 ist beispielsweise eine Radialturbine und erzeugt eine Drehkraft unter Verwendung des Drucks der zugeführten Luft. Danach strömt die Luft nach außerhalb des Turbinengehäuses 22 durch den Abgasauslassanschluss 22a.
Das Verdichtergehäuse 32 ist mit einem Sauganschluss 32a und einem Ausstoßanschluss 32b versehen. Wenn das Turbinenlaufrad 21 wie vorstehend beschrieben dreht, drehen die Drehwelle 4 und das Verdichterlaufrad 31. Das Verdichterlaufrad 31, das dreht, saugt Außenluft durch den Sauganschluss 32a, um die Luft zu verdichten. Die verdichtete Luft G, die durch das Verdichterlaufrad 31 verdichtet wird, tritt durch eine Verdichterspirale 32c, um aus dem Ausstoßanschluss 32b ausgestoßen zu werden. Die verdichtete Luft G, die aus dem Ausstoßanschluss 32b ausgestoßen wird, wird dem Brennstoffzellensystem zugeführt.
Der Motor 5 ist beispielsweise ein bürstenloser AC-Motor und umfasst einen Rotor 51, der eine drehbare Komponente ist, sowie einen Stator 52, der eine stationäre Komponente ist. Der Rotor 51 umfasst einen oder eine Vielzahl von Magneten. Der Rotor 51 ist an der Drehwelle 4 fixiert und kann um die Achse zusammen mit der Drehwelle 4 drehen. Der Rotor 51 ist in einem Mittelabschnitt der Drehwelle 4 in einer Axialrichtung angeordnet. Der Stator 52 umfasst eine Vielzahl von Spulen und Kernen. Der Stator 52 ist angeordnet, um den Rotor 51 in einer Umfangsrichtung der Drehwelle 4 zu umgeben. Der Stator 52 erzeugt ein magnetisches Feld um die Drehwelle 4, um dadurch den Rotor 51 im Zusammenwirken mit dem Rotor 51 zu drehen.
Als nächstes wird eine Kühlstruktur beschrieben, die eine Wärme kühlt, die in dem Turbolader erzeugt wird. Die Kühlstruktur umfasst einen Wärmetauscher (Kühler) 9, der an dem Motorgehäuse 7 befestigt ist, sowie eine Kältemittelleitung 10 und eine Luftkühlleitung (nicht gezeigt), die durch den Wärmetauscher 9 verlaufen. Die Kältemittelleitung 10 und die Luftkühlleitung sind miteinander verbunden, um imstande zu sein, Wärme in dem Wärmetauscher 9 zu tauschen. Ein Teil der verdichteten Luft G, die durch den Verdichter 3 verdichtet wird, tritt durch die Luftkühlleitung. Anders gesagt, ein Teil der verdichteten Luft G wird entnommen, um durch die Luftkühlleitung als eine Kühlluft Ga zu strömen. Ein Kühlmittel C, das eine niedrigere Temperatur hat als die Kühlluft Ga, die durch die Luftkühlleitung tritt, tritt durch die Kältemittelleitung 10.
Die Kältemittelleitung 10 ist ein Teil einer Zirkulationsleitung, die mit einem Radiator verbunden ist, der außerhalb des elektrischen Turboladers 1 vorgesehen ist. Die Temperatur des Kühlmittels C, das durch die Kältemittelleitung 10 tritt, ist beispielsweise von 50 °C bis 100 °C. Die Kältemittelleitung 10 umfasst einen Motorkühlabschnitt 10a, der entlang des Stators 52 angeordnet ist, sowie einen Inverterkühlabschnitt 10b, der entlang des Inverters 6 angeordnet ist. Das Kühlmittel C, das durch den Wärmetauscher 9 getreten ist, strömt durch den Motorkühlabschnitt 10a, während es um den Stator 52 zirkuliert, um dadurch den Stator 52 zu kühlen. Danach strömt das Kühlmittel C durch den Inverterkühlabschnitt 10b entlang von Steuerungsschaltkreisen, wie etwa einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), einem Bipolartransistor, einem MOSFET oder einem GTO des Inverters 6 beispielsweise in einer mäandernden Weise, um dadurch den Inverter 6 zu kühlen. Die Konfiguration des Strömungspfads des Kühlmittels C kann auf angemessene Weise so geändert werden, dass das Kühlmittel C Vorrichtungen kühlen kann, die gekühlt werden sollen.
Der elektrische Turbolader 1 ist so eingerichtet, dass der Druck auf einer Seite des Verdichters 3 höher ist als der Druck auf einer Seite der Turbine 2. Die Luftlagerstruktur 8 wird unter Verwendung der Druckdifferenz gekühlt. Ein Teil der verdichteten Luft G, die durch den Verdichter 3 verdichtet wird, wird entnommen, wobei die Kühlluft Ga zu der Luftlagerstruktur 8 geführt wird, und wobei die Kühlluft Ga, die durch die Luftlagerstruktur 8 getreten ist, der Turbine 2 zugeführt wird. Die Temperatur der verdichteten Luft G ist beispielsweise etwa 170 °C, auch wenn die Temperatur hoch ist, und wird auf etwa 70 bis 80 °C durch den Wärmetauscher 9 verringert. Derweil wird die Luftlagerstruktur 8 auf geeignete Weise durch die Zufuhr der Kühlluft Ga gekühlt, weil die Temperatur der Luftlagerstruktur 8 150 °C oder höher ohne eine Kühlung ist. In 2 ist die Darstellung des Wärmetauschers 9 und des Inverters 6 weggelassen.
Das Motorgehäuse 7 umfasst ein Statorgehäuse 71, das den Stator 52 aufnimmt, der den Rotor 51 umgibt, sowie ein Lagergehäuse 72, in dem die Luftlagerstruktur 8 vorgesehen ist. Ein Wellenraum (ein Teil eines Raums in dem Gehäuse H) A, durch den die Drehwelle 4 dringt, ist in dem Statorgehäuse 71 und dem Lagergehäuse 72 ausgebildet. Labyrinthdichtungsabschnitte 33a und 23a, die eine Luftdichtheit in dem Wellenraum A halten, sind an beiden Endabschnitten des Wellenraums A vorgesehen.
Das Verdichtergehäuse 32, das das Verdichterlaufrad 31 aufnimmt, ist mit dem Lagergehäuse 72 verbunden und an diesem mittels eines bekannten Befestigungsmittels, wie etwa eines Bolzens usw., fixiert. Das Verdichtergehäuse 32 umfasst eine Laufradkammer 34, die das Verdichterlaufrad 31 aufnimmt, sowie eine Diffusorplatte 33, die eine Scheibengestalt hat und einen Diffusor 36 im Zusammenwirken mit der Laufradkammer 34 ausbildet. Eine Vielzahl von Leitschaufeln 37, die in dem Diffusor 36 angeordnet sind, sind an der Diffusorplatte 33 fixiert. Der Labyrinthdichtungsabschnitt 33a ist in einem Mittelabschnitt (um die Drehwelle 4) der Diffusorplatte 33 vorgesehen. Ein Entnahmeloch (nicht gezeigt), das ein Einlass der Luftkühlleitung ist, um einen Teil der verdichteten Luft G zu entnehmen, kann in der Diffusorplatte 33 ausgebildet sein.
Das Turbinengehäuse 22, das das Turbinenlaufrad 21 aufnimmt, ist mit dem Statorgehäuse 71 verbunden und an diesem durch ein bekanntes Befestigungsmittel, wie etwa einen Bolzen usw., fixiert. Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, ist eine Dichtungsplatte 23, die eine Scheibengestalt hat, zwischen dem Turbinengehäuse 22 und dem Statorgehäuse 71 (Motorgehäuse 7) vorgesehen. Die Dichtungsplatte 23 bildet einen Gasströmungspfad zwischen der Turbinenspirale 22b und dem Turbinenlaufrad 21 aus. Die Dichtungsplatte 23 kann ein Düsenring sein, der eine Vielzahl von Düsenleitschaufeln umfasst, die in dem Gasströmungspfad angeordnet sind. Der Labyrinthdichtungsabschnitt 23a ist in einem Mittelabschnitt (um die Drehwelle 4) der Dichtungsplatte 23 vorgesehen. Der Labyrinthdichtungsabschnitt 23a, der ein Dichtungsabschnitt ist, der für die Drehwelle 4 vorgesehen ist, hält die Luftdichtheit eines Raums (ersten Raums) S, in dem ein Radiallager 82 der Luftlagerstruktur 8 vorgesehen ist. Der Labyrinthdichtungsabschnitt 23a kann die Luft, die aus dem Brennstoffzellensystem ausgestoßen wird und Wasserdampf enthält, daran hindern, in den Raum S zu strömen.
Nachfolgend wird die Luftlagerstruktur 8 beschrieben. Die Luftlagerstruktur 8, die die Drehwelle 4 stützt, umfasst ein Paar von Radiallagern 81 und 82 sowie ein Axiallager 83. Das Paar von Radiallagern 81 und 82 begrenzt die Bewegung der Drehwelle 4 in einer Richtung senkrecht zu der Drehwelle 4, während es der Drehwelle 4 ermöglicht zu drehen. Das Paar von Radiallagern 81 und 82 sind beispielsweise Luftlager mit dynamischem Druck (Gaslager) und sind angeordnet um den Rotor 51 dazwischen anzuordnen, wobei der Rotor 51 in dem Mittelabschnitt der Drehwelle 4 vorgesehen ist.
Ein erstes Radiallager 81 ist in dem Lagergehäuse 72 vorgesehen und ist zwischen dem Rotor 51 und dem Verdichterlaufrad 31 angeordnet. Ein zweites Radiallager 82 ist in dem Statorgehäuse 71 vorgesehen und ist zwischen dem Rotor 51 und dem Turbinenlaufrad 21 angeordnet. Anders gesagt, der Labyrinthdichtungsabschnitt 23a ist zwischen dem zweiten Radiallager 82 und dem Turbinenlaufrad 21 vorgesehen. Das erste Radiallager 81 und das zweite Radiallager 82 haben im Wesentlichen dieselbe Struktur. Während die Drehwelle 4 dreht, wird Umgebungsluft in einen Spalt zwischen der Drehwelle 4 und dem ersten Radiallager 81 gesaugt (Keilwirkung), um den Druck zu erhöhen, um dadurch zu bewirken, dass das erste Radiallager 81 die Tragfähigkeit erlangt. Das erste Radiallager 81 stützt die Drehwelle 4 drehbar, mittels der Tragfähigkeit, die durch die Keilwirkung erlangt wird. Beispielsweise können ein Folienlager, ein Kippsegmentlager, ein Spiralnutlager usw. als das erste Radiallager 81 verwendet werden. Eine Beschreibung der Struktur und der Funktion des Radiallagers 82 wird ausgelassen.
Das Axiallager 83 ist in dem Lagergehäuse 72 vorgesehen und ist zwischen dem Radiallager 81 und dem Verdichterlaufrad 31 angeordnet. Das Axiallager 83 begrenzt die Bewegung der Drehwelle 4 in der Axialrichtung, während es der Drehwelle 4 ermöglicht zu drehen. Das Axiallager 83 ist ein Luftlager mit dynamischem Druck und ist zwischen dem ersten Radiallager 81 und dem Verdichterlaufrad 31 angeordnet. Das Axiallager 83 hat eine Struktur, bei der eine Umgebungsluft in einen Spalt zwischen der Drehwelle 4 und dem Axiallager 83 gesaugt wird, während die Drehwelle 4 dreht (Keilwirkung), um den Druck zu erhöhen, um dadurch zu bewirken, dass das Axiallager 83 die Tragfähigkeit erlangt. Das Axiallager 83 stützt die Drehwelle 4 drehbar mittels der Tragfähigkeit, die durch die Keilwirkung erlangt wird. Beispielsweise können ein Folienlager, ein Kippsegmentlager, ein Spiralnutlager usw. als das Axiallager 83 verwendet werden.
In der Ausführungsform sind Spalte zwischen der Drehwelle 4 und dem Radiallager 81, in dem Axiallager 83, zwischen dem Rotor 51 und dem Stator 52 sowie zwischen der Drehwelle 4 und dem Radiallager 82 ausgebildet. Die Kühlluft Ga tritt durch diese Spalte, um dadurch die Lager der Luftlagerstruktur 8 zu kühlen. Eine Konfiguration, die von der Konfiguration verschieden ist, bei der ein Teil der verdichteten Luft G entnommen wird, um als die Kühlluft Ga eingeleitet zu werden, kann verwendet werden. Beispielsweise kann ein Teil der verdichteten Luft G, die aus dem elektrischen Turbolader 1 ausgestoßen wird, außen gekühlt werden und dann in den elektrischen Turbolader 1 als eine Kühlluft zurückkehren. Kühlluft, die von der verdichteten Luft G verschieden ist, kann aus einer anderen Luftquelle eingeleitet werden.
Genauer gesagt, die Kühlluft Ga, die den Motor 5 und das Radiallager 82 gekühlt hat, wird in den Abgasauslassanschluss (zweiten Raum) 22a über einen ersten Strömungspfad 16, der in dem Motorgehäuse 7 ausgebildet ist, und einen ersten Ausstoßpfad 18 eingeleitet, der in dem Turbinengehäuse 22 ausgebildet ist. Der erste Ausstoßpfad 18 ist eingerichtet, um das Gas in dem Raum S, in dem das Radiallager 82 vorgesehen ist, zu dem Abgasauslassanschluss 22a auszustoßen. Die Kühlluft Ga, die das Radiallager 81 und das Axiallager 83 gekühlt hat, wird in den Abgasauslassanschluss 22a über einen zweiten Strömungspfad 15, der in dem Motorgehäuse 7 ausgebildet ist, und einen zweiten Ausstoßpfad 17 eingeleitet, der in dem Turbinengehäuse 22 ausgebildet ist. Sowohl der erste Ausstoßpfad 18 als auch der zweite Ausstoßpfad 17 sind beispielsweise Strömungspfade, die einen kreisförmigen Querschnitt haben.
Nachstehend wird ein Gasströmungspfad, der in der Turbine 2 vorgesehen ist, genauer beschrieben. Weil die Turbine 2 eine feuchte Luft aufnimmt, die aus dem Brennstoffzellensystem ausgestoßen wird, beispielsweise wenn die Turbine 2 angehalten ist, kann Kondenswasser in dem Motorgehäuse 7 gesammelt werden. Der Gasströmungspfad, der in dem Turbinengehäuse 22 ausgebildet ist, dient auch als ein Ausstoßpfad für das Kondenswasser. Die Turbine 2 hat eine Struktur, bei der das Kondenswasser erfolgreich zu einem Raum stromabwärts des Turbinenlaufrads 21 ausgestoßen wird.
Das Motorgehäuse 7 ist mit dem ersten Strömungspfad 16, der den Raum S des Wellenraums A und das Turbinengehäuse 22 verbindet, sowie dem zweiten Strömungspfad 15 versehen, der den Wellenraum A und das Turbinengehäuse 22 verbindet. Die verdichtete Luft G, die den Wellenraum A über den Wärmetauscher 9 erreicht hat, verzweigt sich in einen Strom in Richtung des zweiten Strömungspfads 15 und einen Strom in Richtung des ersten Strömungspfads 16. Das zweite Radiallager 82 ist an dem Strömungspfad in Richtung des ersten Strömungspfads 16 angeordnet. Die Kühlluft Ga in Richtung des ersten Strömungspfads 16 kühlt hauptsächlich das zweite Radiallager 82. Das erste Radiallager 81 und das Axiallager 83 sind an dem Strömungspfad in Richtung des zweiten Strömungspfades 15 angeordnet. Die Kühlluft Ga in Richtung des zweiten Strömungspfads 15 kühlt hauptsächlich das erste Radiallager 81 und das Axiallager 83.
Genauer gesagt, wie in 3 gezeigt ist, ist der erste Strömungspfad 16 mit dem zweiten Radiallager 82 verbunden. Ein Lagerhauptkörper des zweiten Radiallagers 82 ist an dem Statorgehäuse 71 fixiert. Das Turbinengehäuse 22 ist an dem Statorgehäuse 71 fixiert. Die Dichtungsplatte 23, die mit dem Labyrinthdichtungsabschnitt 23a versehen ist, ist zwischen dem Statorgehäuse 71 und dem Turbinengehäuse 22 angeordnet. Der Raum S, in den die Kühlluft Ga strömen kann, ist zwischen dem Radiallager 82 und der Dichtungsplatte 23 ausgebildet. Ein stromaufwärtiger Einlass des ersten Strömungspfads 16 ist mit dem Raum S kommunizierbar verbunden.
Der erste Strömungspfad 16 dringt durch die Dichtungsplatte 23 und das Statorgehäuse 71. Ein erster Verbindungsanschluss 16a (siehe 7), der ein Auslass des ersten Strömungspfads 16 ist, ist mit dem ersten Ausstoßpfad 18 verbunden, der in dem Turbinengehäuse 22 ausgebildet ist. Anders gesagt, der erste Ausstoßpfad 18 umfasst eine erste Einlassöffnung 18a, die mit dem Raum S über den ersten Strömungspfad 16 in Verbindung ist, sowie eine erste Auslassöffnung 18b, die sich zu dem Abgasauslassanschluss 22a in dem Turbinengehäuse 22 hin öffnet (siehe 8). Das Statorgehäuse 71 umfasst den ersten Verbindungsanschluss 16a (siehe 4), der der ersten Einlassöffnung 18a des ersten Ausstoßpfades 18 gegenüberliegt. Der erste Verbindungsanschluss 16a ist äquivalent einem Auslass des Raums S. Eine Öffnungsplatte 42, die die Strömungsrate der Kühlluft Ga regelt, kann zwischen dem ersten Verbindungsanschluss 16a und der ersten Einlassöffnung 18a vorgesehen sein.
Derweil ist, wie in 2 gezeigt ist, der zweite Strömungspfad 15 mit einem Raum verbunden, in dem das Axiallager 83 vorhanden ist. Ein Spalt, in den die Kühlluft Ga strömen kann, befindet sich zwischen einer Außenumfangsfläche eines Lagerhauptkörpers des Axiallagers 83 und dem Lagergehäuse 72. Ein stromaufwärtiger Einlass des zweites Strömungspfades 15 ist mit dem Spalt kommunizierbar verbunden. Wie in 3 gezeigt ist, dringt der zweite Strömungspfad 15 durch das Lagergehäuse 72 und das Statorgehäuse 71. Ein Auslass des zweiten Strömungspfades 15 ist mit dem zweiten Ausstoßpfad 17 verbunden, der in dem Turbinengehäuse 22 ausgebildet ist. Anders gesagt, der zweite Ausstoßpfad 17 umfasst eine zweite Einlassöffnung 17a, die dem Auslass des zweiten Strömungspfades 15 gegenüberliegt, sowie eine zweite Auslassöffnung 17b, die sich zu dem Abgasauslassanschluss 22a in dem Turbinengehäuse 22 hin öffnet (siehe 8). Das Statorgehäuse 71 umfasst einen zweiten Verbindungsanschluss 15a (siehe 4), der der zweiten Einlassöffnung 17a des zweiten Ausstoßpfades 17 gegenüberliegt. Eine Öffnungsplatte 41, die die Strömungsrate der Kühlluft Ga regelt, kann zwischen dem zweiten Verbindungsanschluss 15a und der zweiten Einlassöffnung 17a vorgesehen sein.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 3 bis 8 eine Struktur, die sich auf ein Fluid (Gas und Flüssigkeit) bezieht, das in dem Raum S vorhanden sein kann, in dem das Radiallager 82 vorgesehen ist, im Einzelnen beschrieben. Wie in 3 gezeigt ist, kann eine feuchte Luft, die durch einen Spalt zwischen einer Rückfläche 21a des Turbinenlaufrads 21 und der Dichtungsplatte 23 getreten ist und ferner durch den Labyrinthdichtungsabschnitt 23a getreten ist, in den Raum S strömen (siehe einen Pfeil mit durchgezogener Linie in der Zeichnung). Die Kühlluft Ga, die das Axiallager 83 gekühlt hat, kann in den Raum S strömen (siehe einen Pfeil mit durchgezogener Linie in der Zeichnung). Die Luft, die in den Raum S geströmt ist, kann zu dem Abgasauslassanschluss 22a durch den ersten Strömungspfad 16 und den ersten Ausstoßpfad 18 ausgestoßen werden (siehe einen Pfeil mit gestrichener Linie in der Zeichnung).
Wie in den 3 und 5 gezeigt ist, umfasst die Dichtungsplatte 23 einen Hauptkörperabschnitt 23b, der eine ringförmige Gestalt hat und den Labyrinthdichtungsabschnitt 23a umfasst, der in einer Innenumfangsfläche des Hauptkörperabschnitts 23b ausgebildet ist, sowie einen Flanschabschnitt 23c, der eine ringförmige Gestalt hat und mit einem Außenumfang des Hauptkörperabschnitts 23b verbunden ist. Eine Stufe ist zwischen dem Hauptkörperabschnitt 23b und dem Flanschabschnitt 23c ausgebildet. Ein Vorsprungsabschnitt 23d, der eine zylindrische Gestalt hat, des Hauptkörperabschnitts 23b ist in eine Öffnung eingesetzt, die eine kreisförmige Gestalt hat und in dem Turbinengehäuse 22 ausgebildet ist. Eine Außenumfangsfläche 23e des Vorsprungsabschnitts 23d, wobei die Außenumfangsfläche 23e äquivalent zu der Stufe zwischen dem Hauptkörperabschnitt 23b und dem Flanschabschnitt 23c ist, ist in eine Innenumfangsfläche 22e der Öffnung des Turbinengehäuses 22 eingesetzt. Der Hauptkörperabschnitt 23b kann mit einem Nutabschnitt 23f versehen sein, der eine ringförmige Gestalt hat und der Rückfläche 21a des Turbinenlaufrads 21 mit einem kleinen Spalt dazwischen gegenüberliegt.
Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, umfasst das Statorgehäuse 71 einen Einsetzabschnitt 71a, der eine zylindrische Gestalt hat und in Richtung des Turbinengehäuses 22 vorsteht, sowie einen Außenumfangsabschnitt 71b, der eine ringförmige Gestalt hat und mit einem Außenumfang des Einsetzabschnitts 71a verbunden ist. Der Einsetzabschnitt 71a ist in das Turbinengehäuse 22 eingesetzt. Derweil ist der Flanschabschnitt 23c der Dichtungsplatte 23 in eine Innenumfangsseite des Einsetzabschnitts 71a eingesetzt. Der Raum S ist auf einer Rückflächenseite der Dichtungsplatte 23 ausgebildet, und wobei ein Strömungspfad, der einen Teil des ersten Strömungspfades 16 einrichtet, in dem Flanschabschnitt 23c der Dichtungsplatte 23 ausgebildet ist.
Genauer gesagt, wie in den 4 bis 6 gezeigt ist, ist ein Führungspfad 23g, der eine Kerbe ist, in dem Flanschabschnitt 23c, der ein Außenumfangsabschnitt der Dichtungsplatte 23 ist, ausgebildet. Der Führungspfad 23g dringt durch den Flanschabschnitt 23c in einer Radialrichtung. Der Führungspfad 23g erstreckt sich zwischen dem Raum S und dem ersten Verbindungsanschluss 16a des ersten Strömungspfades 16. Beispielsweise ist der Führungspfad 23g eingerichtet, um das Kondenswasser, das in dem Raum S gesammelt wird, zu dem ersten Strömungspfad 16 zu führen.
Wie in 4 gezeigt ist, öffnet sich der erste Verbindungsanschluss 16a des ersten Strömungspfades 16 zu einer Stirnfläche des Einsetzabschnitts 71a des Statorgehäuses 71 (siehe auch 3). Der zweite Verbindungsanschluss 15a des zweiten Strömungspfades 15 öffnet sich zu einer Stirnfläche des Außenumfangsabschnitts 71b des Statorgehäuses 71 (siehe auch 3).
7 ist eine Schnittansicht, die die Struktur eines Bereichs, der tiefer angeordnet ist als der erste Verbindungsanschluss 16a, zeigt, von einer Seite der Turbine 2 in einer Richtung einer Drehachse X betrachtet. 8 ist eine Ansicht, die die Gestalten des ersten Ausstoßpfades 18 und des zweiten Ausstoßpfades 17, die in dem Turbinengehäuse 22 ausgebildet sind, zeigt, von der Seite der Turbine 2 in der Richtung der Drehachse X betrachtet. Wie in den 7 und 8 gezeigt ist, haben sowohl der erste Verbindungsanschluss 16a des ersten Strömungspfades 16 als auch die erste Einlassöffnung 18a des ersten Ausstoßpfades 18 eine kreisförmige Gestalt und haben im Wesentlichen dieselbe Größe. Der erste Verbindungsanschluss 16a und die erste Einlassöffnung 18a, die einander gegenüberliegen, sind so angeordnet, dass ihre Mittelachsen miteinander fluchten. Wenn die Öffnungsplatte 42 zwischen dem ersten Verbindungsanschluss 16a und der ersten Einlassöffnung 18a angeordnet ist, ist der Durchmesser eines Lochabschnitts der Öffnungsplatte 42 kleiner als der Durchmesser sowohl von dem ersten Verbindungsanschluss 16a als auch der ersten Einlassöffnung 18a. Sowohl der zweite Verbindungsanschluss 15a des zweiten Strömungspfades 15 als auch die zweite Einlassöffnung 17a des zweiten Ausstoßpfades 17 haben eine kreisförmige Gestalt und haben im Wesentlichen dieselbe Größe. Der zweite Verbindungsanschluss 15a und die zweite Einlassöffnung 17a, die einander gegenüberliegen, sind so angeordnet, dass ihre Mittelachsen miteinander fluchten. Wenn die Öffnungsplatte 41 zwischen dem zweiten Verbindungsanschluss 15a und der zweiten Einlassöffnung 17a angeordnet ist, ist der Durchmesser eines Lochabschnitts der Öffnungsplatte 41 kleiner als der Durchmesser von sowohl dem zweiten Verbindungsanschluss 15a als auch der zweiten Einlassöffnung 17a.
Bei einer genauen Beschreibung des ersten Ausstoßpfades 18, hat der erste Ausstoßpfad 18 eine gewünschte Steigung. In den 7 und 8 sind eine virtuelle vertikale Ebene P1 und eine virtuelle horizontale Ebene P2 basierend auf einem Zustand gezeigt, in dem der elektrische Turbolader 1 (Turbine 2) in ein Elektroauto usw. eingebaut ist. Wie in 8 gezeigt ist, besteht eine Bodenfläche 18c des ersten Ausstoßpfades 18 aus einem horizontalen Abschnitt, der sich horizontal erstreckt (der sich nämlich parallel zu der virtuellen horizontalen Ebene P2 erstreckt), sowie einem geneigten Abschnitt, der von der ersten Einlassöffnung 18a aus in Richtung der ersten Auslassöffnung 18b abfällt. Der geneigte Abschnitt setzt sich stromabwärts des horizontalen Abschnitts fort. Eine solche Abwärtssteigung in dem ersten Ausstoßpfad 18 begünstigt den Ausstoß des Kondenswassers zu dem Abgasauslassanschluss 22a.
Derweil steigt, wie in 7 gezeigt ist, der erste Strömungspfad 16 in dem Statorgehäuse 71 von dem Raum S in Richtung des ersten Verbindungsanschlusses 16a auf. Aus diesem Grund bildet der Führungspfad 23g der Dichtungsplatte 23, wobei der Führungspfad 23g einen Teil des ersten Strömungspfades 16 ausbildet, einen Winkel bezüglich der virtuellen horizontalen Ebene P2 aus. Jedoch wird in der Turbine 2 die Höhe des ersten Verbindungsanschlusses 16a in Betracht gezogen. Sowohl ein unteres Ende 16ab des ersten Strömungspfades 16 als auch ein unteres Ende 42a der Öffnungsplatte 42 sind niedriger angeordnet als die Drehwelle 4. Genauer gesagt, sowohl das untere Ende 16ab des ersten Strömungspfades 16 als auch das untere Ende 42a der Öffnungsplatte 42 sind niedriger angeordnet als ein unteres Ende 4b der Drehwelle 4. Ähnlich ist auch ein unteres Ende 18ab (siehe 8) der ersten Einlassöffnung 18a niedriger angeordnet als die Drehwelle 4.
Aus diesem Grund kann in einem Fall, in dem die Öffnungsplatte 42 vorgesehen ist, das Kondenswasser bis zu der Umgebung eines zweiten Pegels L2, der dem unteren Ende 42a der Öffnungsplatte 42 entspricht, gesammelt werden. In einem Fall, in dem die Öffnungsplatte 42 nicht vorgesehen ist, kann das Kondenswasser bis zu der Umgebung eines ersten Pegels L1, der dem unteren Ende 16ab des ersten Verbindungsanschlusses 16a entspricht, gesammelt werden. Das Kondenswasser erreicht das untere Ende 4b der Drehwelle 4 bei keinem Pegel.
Wie in 8 gezeigt ist, besteht der zweite Ausstoßpfad 17 hauptsächlich aus einem geneigten Abschnitt, der von der zweiten Einlassöffnung 17a in Richtung der zweiten Auslassöffnung 17b aufsteigt. Weil die Luft aus dem Verdichter 3, die durch den zweiten Strömungspfad 15 und dem zweiten Ausstoßpfad 17 tritt, verhältnismäßig trocken ist, tritt das Problem von Kondenswasser nicht auf. Aus diesem Grund kann die Gestalt des zweiten Ausstoßpfades 17 ohne das Ausstoßen einer Flüssigkeit, wie etwa Wasser, in Betracht zu ziehen, bestimmt werden.
Eine Positionsbeziehung zwischen ersten Ausstoßpfad 18 und dem zweiten Ausstoßpfad 17 werden beschrieben. Wie in 3 gezeigt ist, sind sowohl der erste Ausstoßpfad 18 als auch der zweite Ausstoßpfad 17 auf einer Seite bezüglich der virtuellen vertikalen Ebene P1 ausgebildet. Sowohl der erste Ausstoßpfad 18 als auch der zweite Ausstoßpfad 17 sind auf einer unteren Seite bezüglich der virtuellen horizontalen Ebene P2 ausgebildet. Die erste Auslassöffnung 18b des ersten Ausstoßpfades 18 ist weiter von dem Turbinenlaufrad 21 als die zweite Auslassöffnung 17b des zweiten Ausstoßpfades 17 in der Richtung der Drehachse X angeordnet. Diese Anordnung soll die Abwärtssteigung des ersten Ausstoßpfades einfach sichterstellen.
Gemäß der Turbine 2 der Ausführungsform wird das Gas in dem Raum S, in dem das Radiallager 82 vorgesehen ist, zu dem Abgasauslassanschluss 22a in dem Turbinengehäuse 22 durch den ersten Ausstoßpfad 18 ausgestoßen. Wenn das Gas, das in der Turbine 2 strömt, Wasserdampf und Kondenswasser enthält, das durch das Kondensieren des Wasserdampfs erzeugt wird, das in dem Motorgehäuse 7 gesammelt wird, kann das Kondenswasser auch in dem Raum S gesammelt werden. Wenn der Wasserpegel des Kondenswassers die erste Einlassöffnung 18a des ersten Ausstoßpfades 18 erreicht, tritt das Kondenswasser in den ersten Ausstoßpfad 18 ein. Die Bodenfläche 18c des ersten Ausstoßpfades 18 besteht aus dem geneigten Abschnitt, der in Richtung der ersten Auslassöffnung 18b abfällt, oder besteht aus dem geneigten Abschnitt und dem horizontalen Abschnitt. Anders gesagt, die Bodenfläche 18c des ersten Ausstoßpfades 18 umfasst keinen geneigten Abschnitt, der in Richtung der ersten Auslassöffnung 18b ansteigt. Daher wird das Kondenswasser, das in den ersten Ausstoßpfad 18 getreten ist, erfolgreich zu dem Abgasauslassanschluss 22a ausgestoßen. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann die Turbine 2 das Kondenswasser ausstoßen, das in dem Raum S gesammelt wird, in dem das Radiallager 82 in dem Motorgehäuse 7 vorgesehen ist. Der erste Ausstoßpfad 18 dient sowohl als ein Durchlass zum Ausstoßen des Gases als auch als ein Durchlass zum Ausstoßen des Kondenswassers. Der erste Ausstoßpfad 18, der die vorstehend beschriebene Gestalt hat, ist nie mit dem Kondenswasser gefüllt. Wenn beispielsweise die Turbine 2 angehalten ist, auch in einem Fall, in dem das Kondenswasser aufgrund einer Verringerung einer Temperatur gefroren ist, ist der Gasströmungspfad in dem ersten Ausstoßpfad 18 sichergestellt.
Weil das Motorgehäuse 7 den ersten Verbindungsanschluss 16a umfasst, der der ersten Einlassöffnung 18a des ersten Ausstoßpfades 18 gegenüberliegt, wird das Kondenswasser, das in dem Raum S in dem Motorgehäuse 7 vorhanden ist, aus dem ersten Verbindungsanschluss 16a einfach ausgestoßen. Das ausgestoßene Kondenswasser tritt einfach in den ersten Ausstoßpfad 18 über die erste Einlassöffnung 18a ein.
Weil der Führungspfad 23g in dem Flanschabschnitt 23c der Dichtungsplatte 23 ausgebildet ist, kann der Führungspfad 23g das Kondenswasser, das in dem Raum S vorhanden ist, zu dem ersten Verbindungsanschluss 16a führen. Daher kann das Ausstoßen des Kondenswassers durch den ersten Verbindungsanschluss 16a problemlos durchgeführt werden.
Weil sowohl das untere Ende 16ab des ersten Verbindungsanschlusses 16a als auch das untere Ende 18ab der ersten Einlassöffnung 18a niedriger angeordnet sind als die Drehwelle 4, erreicht der Wasserpegel (Pegel) des Kondenswassers nie die Drehwelle 4. Daher, auch beispielsweise in einem Fall, in dem das Kondenswasser aufgrund eines Abfalls einer Temperatur gefroren ist, ist es möglich, die Drehwelle 4 daran zu hindern, an einem Eis steckenzubleiben, das von dem Kondenswasser herrührt. Solange wie die Drehwelle 4 in dem Motorgehäuse 7 drehen kann, kann die Turbine 2 betrieben werden. Der Betrieb der Turbine 2 bewirkt eine Erhöhung einer Temperatur. Infolgedessen schmilzt das Eis zu Wasser und kann das Wasser aus dem ersten Ausstoßpfad 18 ausgestoßen werden.
Der Labyrinthdichtungsabschnitt 23a ist zwischen dem Radiallager 82 und dem Turbinenlaufrad 21 vorgesehen. Das Gas, das durch den Labyrinthdichtungsabschnitt 23a von der Rückfläche 21a des Turbinenlaufrads 21 getreten ist, die Kühlluft Ga, die das Radiallager 82 gekühlt hat, usw. können sich in dem Raum S sammeln, um zu dem Abgasauslassanschluss 22a durch den ersten Ausstoßpfad 18 ausgestoßen zu werden.
Die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wurde vorstehend beschrieben; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform begrenzt. Beispielsweise kann ein Ausstoßpfad, der dieselbe Struktur hat wie diejenige des ersten Ausstoßpfades 18 der vorliegenden Offenbarung, in einer axialen Turbine vorgesehen sein. Wenn der Ausstoßpfad bei der axialen Turbine angewandt wird, kann der Ausstoßpfad einen Behälter und eine stromabwärtige Seite einer Schaufel verbinden. Wenn der Ausstoßpfad bei einer mehrstufigen axialen Turbine angewandt wird, kann der Ausstoßpfad mit einer Zwischenposition zwischen einer Stufe und einer anderen Stufe verbunden sein.
Der Dichtungsabschnitt, der eine Luftdichtheit des Wellenraums A hält, ist nicht auf die Labyrinthdichtungsabschnitte 33a und 23a begrenzt und kann eine andere Art eines bekannten Dichtungsabschnitts sein.
Die Bodenfläche 18c des ersten Ausstoßpfades 18 kann aus lediglich einem geneigten Abschnitt bestehen, der von der ersten Einlassöffnung 18a in Richtung der ersten Auslassöffnung 18b abfällt.
Die Struktur des Ausstoßpfades der vorliegenden Offenbarung kann bei einem Turbolader angewandt werden, der keinen Motor umfasst. Das Gas, das durch den Radialverdichter verdichtet wird, kann ein Gas sein, das von Luft verschieden ist.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, das Kondenswasser auszustoßen, das sich in dem Raum sammelt, in dem das Lager in dem Gehäuse vorgesehen ist.
Bezugszeichenliste
1: elektrischer Turbolader (Radialverdichter), 2: Turbine, 3: Verdichter, 4: Drehwelle, 7: Motorgehäuse (Mittelgehäuse), 8: Luftlagerstruktur (Gaslagerstruktur), 15: zweiter Strömungspfad, 16: erster Strömungspfad, 16a: erster Verbindungsanschluss, 16ab: unteres Ende, 17: zweiter Ausstoßpfad, 18: erster Ausstoßpfad, 18a: erste Einlassöffnung, 18ab: unteres Ende, 18b: erste Auslassöffnung, 18c: Bodenfläche, 21: Turbinenlaufrad (Schaufel), 22: Turbinengehäuse, 22a: Abgasauslassanschluss (zweiter Raum), 23: Dichtungsplatte, 23a: Labyrinthdichtungsabschnitt (Dichtungsabschnitt), 23c: Flanschabschnitt (Außenumfangsabschnitt), 23g: Führungspfad, 31: Verdichterlaufrad, 41: Öffnungsplatte, 42: Öffnungsplatte, 32: Verdichtergehäuse, 71: Statorgehäuse, 72: Lagergehäuse, 82: Radiallager (Gaslager), A: Wellenraum, H: Gehäuse, S: Raum (erster Raum), X: Drehachse.

Claims

Turbine (2), mit: einer Drehwelle (4); einer Schaufel (21), die an der Drehwelle (4) befestigt ist; einem Gehäuse (H), das ein Turbinengehäuse (22) umfasst, das die Schaufel (21) aufnimmt; und einem Lager (82), das in dem Gehäuse (H) vorgesehen ist, um die Drehwelle (4) drehbar zu stützen, wobei das Turbinengehäuse (22) einen Ausstoßpfad (18) umfasst, der eingerichtet ist, ein Gas in einem ersten Raum (S), in dem das Lager (82) vorgesehen ist, zu einem zweiten Raum (22a) in dem Turbinengehäuse (22) auszustoßen, und der Ausstoßpfad (18) eine Einlassöffnung (18a), die mit dem ersten Raum (S) in Verbindung ist, und eine Auslassöffnung (18b) umfasst, die sich zu dem zweiten Raum (22a) hin öffnet, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bodenfläche (18c) des Ausstoßpfads (18) aus einem geneigten Abschnitt besteht, der von der Einlassöffnung (18a) in Richtung der Auslassöffnung (18b) abfällt, oder aus dem geneigten Abschnitt und einem horizontalen Abschnitt besteht, der sich von dem geneigten Abschnitt durchgehend horizontal erstreckt, wobei sich der geneigte Abschnitt stromabwärts des horizontalen Abschnitts fortsetzt und in Richtung zur Auslassöffnung (18b) abfällt, wobei die Bodenfläche (18c) sich über den gesamten Ausstoßpfad (18) von der Einlassöffnung (18a) zu der Auslassöffnung (18b) erstreckt.
Turbine (2) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (H) ein Mittelgehäuse (7) umfasst, in dem das Lager (82) vorgesehen ist, und das mit dem Turbinengehäuse (22) verbunden ist, und das Mittelgehäuse (7) einen Verbindungsanschluss (16a) umfasst, der ein Auslass des ersten Raums (S) ist und der Einlassöffnung (18a) des Ausstoßpfads (18) gegenüberliegt.
Turbine (2) nach Anspruch 2, ferner mit: einer Dichtungsplatte (23), die zwischen dem Turbinengehäuse (22) und dem Mittelgehäuse (7) vorgesehen ist, wobei ein Führungspfad (23g), der sich zwischen dem ersten Raum (S) und dem Verbindungsanschluss (16a) erstreckt, in einem Außenumfangsabschnitt (23c) der Dichtungsplatte (23) ausgebildet ist.
Turbine (2) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei sowohl ein unteres Ende (16ab) des Verbindungsanschlusses (16a) des Mittelgehäuses (7) als auch ein unteres Ende (18ab) der Einlassöffnung (18a) des Ausstoßpfads (18) des Turbinengehäuses (22) niedriger angeordnet sind als die Drehwelle (4).
Turbine (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Dichtungsabschnitt (23a) für die Drehwelle (4) zwischen dem Lager (82) und der Schaufel (21) vorgesehen ist.