DE112022000301T5

DE112022000301T5 - Elektrischer zentrifugalverdichter

Info

Publication number: DE112022000301T5
Application number: DE112022000301.4T
Authority: DE
Inventors: Naomichi SHIBATA; Byeongil An; Takaaki YOSHIZAWA
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Priority date: 2021-02-12
Filing date: 2022-02-07
Publication date: 2023-09-14
Also published as: US20240102479A1; JP2022123199A; WO2022172885A1; CN116802404A

Abstract

Ein elektrischer Zentrifugalverdichter beinhaltet: einen Elektromotor mit einer Drehwelle; ein erstes Laufrad, das an einer Endseite der Drehwelle angeordnet ist; ein erstes Lager, das die Drehwelle an einer Position zwischen dem ersten Laufrad und dem Elektromotor drehbar lagert und ein Schmiermittel enthält; und ein erstes Lagergehäuse, das das erste Lager aufnimmt, das erste Lagergehäuse enthält ein Druckgaszufuhrloch zum Zuführen eines Druckgases von außerhalb des ersten Lagergehäuses zu einem Spalt zwischen einem Drehkörper einschließlich der Drehwelle und dem ersten Lagergehäuse. Ein Auslass des Druckgaszufuhrlochs ist an einer Innenfläche des ersten Lagergehäuses angeordnet und befindet sich zwischen dem ersten Laufrad und dem ersten Lager in einer axialen Richtung der Drehwelle.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen elektrischen Zentrifugalverdichter.
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-020356 , die am 12. Februar 2021 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
HINTERGRUND DER TECHNIK
Ein elektrischer Zentrifugalverdichter kann an einem Brennstoffzellenfahrzeug montiert sein, das mit einer an der Fahrzeugkarosserie montierten Brennstoffzelle Elektrizität erzeugt und mit der Leistung eines Elektromotors betrieben wird. Der elektrische Zentrifugalverdichter führt der Brennstoffzelle Druckluft zu, um den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle zu verbessern.
Bei dieser Art von elektrischem Zentrifugalverdichter werden hauptsächlich ölfreie Luftlager verwendet, da der Brennstoffzelle saubere Druckluft zugeführt werden muss (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
Referenzliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: JP2015-155696A
ZUSAMMENFASSUNG
Zu lösende Probleme
Wenn ein Luftlager ohne Schmiermittel verwendet wird, wie in Patentdokument 1 beschrieben, ist es notwendig, die Luft um das Lager herum mit einer dedizierten Luftpumpe oder dergleichen zu steuern, was die Konfiguration von Teilen einschließlich des Lagergehäuses um das Lager herum verkompliziert und tendenziell zu höheren Kosten führt.
Angesichts des Vorstehenden ist es eine Aufgabe von mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, einen elektrischen Zentrifugalverdichter bereitzustellen, der eine Vereinfachung der Teile um das Lager herum ermöglicht.
Lösung der Probleme
Ein elektrischer Zentrifugalverdichter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beinhaltet: einen Elektromotor mit einer Drehwelle; ein erstes Laufrad, das an einer Endseite der Drehwelle angeordnet ist; ein erstes Lager, das die Drehwelle an einer Position zwischen dem ersten Laufrad und dem Elektromotor drehbar lagert und ein Schmiermittel enthält; und ein erstes Lagergehäuse, das das erste Lager aufnimmt. Das erste Lagergehäuse enthält ein Druckgaszufuhrloch zum Zuführen eines Druckgases von außerhalb des ersten Lagergehäuses zu einem Spalt zwischen einem Drehkörper einschließlich der Drehwelle und dem ersten Lagergehäuse. Ein Auslass des Druckgaszufuhrlochs ist an einer Innenfläche des ersten Lagergehäuses angeordnet und befindet sich zwischen dem ersten Laufrad und dem ersten Lager in einer axialen Richtung der Drehwelle.
Vorteilhafte Wirkungen
Mindestens eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt einen elektrischen Zentrifugalverdichter bereit, der eine Vereinfachung der Teile um das Lager herum ermöglicht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Konfiguration eines elektrischen Zentrifugalverdichters 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
2 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt des in 1 gezeigten elektrischen Zentrifugalverdichters 1 an einer anderen Umfangsposition als der in 1 gezeigte Querschnitt zeigt.
3 ist eine vergrößerte Ansicht in der Nähe einer hochdruckstufenseitigen Hülse 18B in dem in 2 gezeigten Querschnitt.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 3.
5 ist eine vergrößerte Ansicht in der Nähe einer niederdruckstufenseitigen Hülse 18A in dem in 2 gezeigten Querschnitt.
6 ist eine vergrößerte Ansicht in der Nähe einer hochdruckstufenseitigen Hülse 18B eines elektrischen Zentrifugalverdichters 1 gemäß einer Ausführungsform und zeigt schematisch einen Querschnitt entlang einer Drehachse CA des elektrischen Zentrifugalverdichters 1.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den Zustand zeigt, in dem die Drehzahl der Drehwelle 3 des in 6 gezeigten elektrischen Zentrifugalverdichters 1 einen Referenzwert überschreitet.
8 ist eine vergrößerte Ansicht in der Nähe einer hochdruckstufenseitigen Hülse 18B eines elektrischen Zentrifugalverdichters 1 gemäß einer Ausführungsform und zeigt schematisch einen Querschnitt entlang einer Drehachse CA des elektrischen Zentrifugalverdichters 1.
9 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den Zustand zeigt, in dem die Drehzahl der Drehwelle 3 des in 8 gezeigten elektrischen Zentrifugalverdichters 1 einen Referenzwert überschreitet.
10 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Konfiguration eines elektrischen Zentrifugalverdichters 1 mit einer Unterdruckpumpe 230 zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass, sofern nicht besonders gekennzeichnet, Abmessungen, Materialien, Formen, relative Positionen und dergleichen von in den Ausführungsformen beschriebenen Komponenten nur als veranschaulichend interpretiert werden und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
Zum Beispiel soll ein Ausdruck einer relativen oder absoluten Anordnung, wie etwa „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht so ausgelegt werden, dass er nur die Anordnung in einem strengen wörtlichen Sinne angibt, sondern auch einen Zustand beinhaltet, in dem die Anordnung durch eine Toleranz oder durch einen Winkel oder einen Abstand relativ versetzt ist, wodurch es möglich ist, dieselbe Funktion zu erreichen.
Zum Beispiel soll ein Ausdruck eines gleichen Zustands, wie etwa „derselbe“, „gleich“ und „einheitlich“ nicht so ausgelegt werden, dass er nur den Zustand angibt, in dem das Merkmal streng gleich ist, sondern auch einen Zustand beinhaltet, in dem es eine Toleranz oder eine Differenz gibt, die immer noch dieselbe Funktion erreichen kann.
Ferner soll zum Beispiel ein Ausdruck einer Form, wie etwa einer rechteckigen Form oder einer zylindrischen Form nicht nur als die geometrisch strenge Form ausgelegt werden, sondern beinhaltet auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs, in dem derselbe Effekt erreicht werden kann.
Andererseits soll ein Ausdruck, wie etwa „umfassen“, „beinhalten“, „haben“, „enthalten“ und „bilden“, andere Komponenten nicht ausschließen.
Dieselben Merkmale können durch dieselben Bezugszeichen angegeben und nicht ausführlich beschrieben werden.
(Mehrstufiger elektrischer Zentrifugalverdichter)
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das schematisch eine Konfiguration eines elektrischen Zentrifugalverdichters 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt des elektrischen Zentrifugalverdichters 1 entlang einer Drehachse CA einer Drehwelle 3.
Wie in 1 gezeigt, ist der elektrische Zentrifugalverdichter 1 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ein mehrstufiger elektrischer Zentrifugalverdichter, der konfiguriert ist, um Laufräder (Niederdruckstufen-Laufrad 4, Hochdruckstufen-Laufrad 5), die an beiden Enden der Drehwelle 3 angeordnet sind, mit einem Elektromotor 10 anzutreiben.
Der in 1 veranschaulichte elektrische Zentrifugalverdichter 1 enthält ein Niederdruckstufen-Laufrad 4, ein Hochdruckstufen-Laufrad 5, ein Niederdruckstufen-Gehäuse 6, ein Hochdruckstufen-Gehäuse 7, ein Verbindungsrohr 8, einen Elektromotor 10, ein niederdruckstufenseitiges Lager 15A, ein hochdruckstufenseitiges Lager 15B, ein niederdruckstufenseitiges Lagergehäuse 16A und ein hochdruckstufenseitiges Lagergehäuse 16B.
Im Folgenden wird, wie in 1 gezeigt, die Erstreckungsrichtung der Drehachse CA der Drehwelle 3 als die axiale Richtung X bezeichnet, und die Richtung senkrecht zur Drehachse CA wird als die radiale Richtung Y bezeichnet. In der axialen Richtung X wird die Seite (die rechte Seite in 1), an der das Niederdruckstufen-Laufrad 4 in Bezug auf das Hochdruckstufen-Laufrad 5 positioniert ist, als die Niederdruckstufenseite XL bezeichnet, und die Seite (die linke Seite in 1) gegenüber der Niederdruckstufenseite XL wird als die Hochdruckstufenseite XH bezeichnet.
(Elektromotor)
Der an dem elektrischen Zentrifugalverdichter 1 montierte Elektromotor 10 beinhaltet einen Drehkörper 11, der ein Rotor ist, einen Motorstator 12, der ein Stator ist, und ein Statorgehäuse 17, das konfiguriert ist, um den Motorstator 12 aufzunehmen. Der Drehkörper 11 beinhaltet die Drehwelle 3 und eine Rotorbaugruppe 13, die am Außenumfang der Drehwelle 3 montiert ist. Die Rotorbaugruppe 13 beinhaltet einen Permanentmagnet 14. Der Motorstator 12 ist so angeordnet, dass er den Außenumfang der Rotorbaugruppe 13 umgibt und wird durch das Statorgehäuse 17 innerhalb des Statorgehäuses 17 gelagert. Der Motorstator 12 beinhaltet eine Motorspule (Statorspule) 121 und ist konfiguriert, um ein Magnetfeld zum Drehen des Drehkörpers 11, der mit dem Permanentmagnet 14 ausgestattet ist, durch Strom zu erzeugen, der von einer Leistungsquelle (nicht gezeigt) zugeführt wird. Wenn sich der Drehkörper 11 aufgrund des durch den Motorstator 12 erzeugten Magnetfelds (durch den Elektromotor 10 erzeugte Leistung) dreht, drehen sich die Laufräder (Niederdruckstufen-Laufrad 4 und Hochdruckstufen-Laufrad 5), die an der Drehwelle 3 montiert sind, hintereinander.
Durch Drehen des Niederdruckstufen-Laufrads 4 verdichtet der elektrische Zentrifugalverdichter 1 ein Gas, das in das Niederdruckstufen-Gehäuse 6 eingeleitet wird, um das Gas auf einen ersten Druck mit Druck zu beaufschlagen. Das auf den ersten Druck mit Druck beaufschlagte Druckgas wird durch das Verbindungsrohr 8 in das Hochdruckstufen-Gehäuse 7 geleitet. Durch Drehen des Hochdruckstufen-Laufrads 5 verdichtet der elektrische Zentrifugalverdichter 1 ferner das in das Hochdruckstufen-Gehäuse 7 eingeleitete Druckgas, um das Druckgas auf einen zweiten Druck mit Druck zu beaufschlagen, der höher als der erste Druck ist.
(Niederdruckstufen-Gehäuse und Niederdruckstufen-Laufrad)
Wie in 1 gezeigt, weist das Niederdruckstufen-Gehäuse 6 eine Niederdruckstufen-Eintrittsöffnung 61 zum Einleiten eines Gases von außerhalb nach innerhalb des Niederdruckstufen-Gehäuses 6 und eine Niederdruckstufen-Austrittsöffnung 62 zum Abgeben des Gases von innerhalb nach außerhalb des Niederdruckstufen-Gehäuses 6 auf. Innerhalb des Niederdruckstufen-Gehäuses 6 sind ein Zufuhrkanal 63 zum Führen des in das Niederdruckstufen-Gehäuse 6 eingeleiteten Gases von der Niederdruckstufen-Eintrittsöffnung 61 zu dem Niederdruckstufen-Laufrad 4 und ein Spiralkanal 64 zum Führen des Gases, das durch das Niederdruckstufen-Laufrad 4 geströmt ist, zu der Niederdruckstufen-Austrittsöffnung 62 ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform öffnet sich die Niederdruckstufen-Eintrittsöffnung 61 zu der Niederdruckstufenseite XL in der axialen Richtung X. Die Niederdruckstufen-Austrittsöffnung 62 öffnet sich in einer Richtung, die die Drehachse CA schneidet (z. B. senkrecht dazu ist).
In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Niederdruckstufen-Laufrad 4 an einer Endseite der Drehwelle 3 angeordnet. Das Niederdruckstufen-Laufrad 4 umfasst eine Nabe 41, die mechanisch mit einem Ende der Drehwelle 3 verbunden ist, und mehrere Laufradschaufeln 43, die an der Außenumfangsfläche der Nabe 41 angeordnet sind. Das Niederdruckstufen-Laufrad 4 kann sich in Verbindung mit der Drehwelle 3 um die Drehachse CA der Drehwelle 3 drehen. Das Niederdruckstufen-Laufrad 4 besteht aus einem Zentrifugallaufrad, das konfiguriert ist, um das Gas, das von der Niederdruckstufenseite XL entlang der axialen Richtung X zu der Außenseite in der radialen Richtung Y geschickt wird, zu führen. Ein Spalt (Zwischenraum) ist zwischen jeder der Spitzen der Laufradschaufeln 43 und einer konvex gekrümmten Ummantelungsfläche des Niederdruckstufen-Gehäuses 6 gebildet.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Niederdruckstufen-Gehäuse 6 mit einem anderen Element (in dem dargestellten Beispiel dem niederdruckstufenseitigen Lagergehäuse 16A) kombiniert, um eine Niederdruckstufen-Laufradkammer 66 zu bilden, die das Niederdruckstufen-Laufrad 4 drehbar aufnimmt. Die Niederdruckstufen-Laufradkammer 66 kommuniziert mit dem Zufuhrkanal 63, der stromaufwärts in der Gasströmungsrichtung angeordnet ist, und dem Spiralkanal 64, der stromabwärts in der Gasströmungsrichtung angeordnet ist. Der Spiralkanal 64 weist eine Spiralform auf, die die Außenseite des Niederdruckstufen-Laufrads 4 in der radialen Richtung Y umgibt.
Das Gas (z. B. Luft), das von der Außenseite des Niederdruckstufen-Gehäuses 6 zu dem Zufuhrkanal 63 durch die Niederdruckstufen-Eintrittsöffnung 61 eingeleitet wird, strömt durch den Zufuhrkanal 63 zu der Hochdruckstufenseite XH, wird dann zu dem Niederdruckstufen-Laufrad 4 gesendet und wird durch die Drehung des Niederdruckstufen-Laufrads 4 verdichtet, um auf den ersten Druck mit Druck beaufschlagt zu werden. Das verdichtete Gas (z. B. verdichtete Luft), das durch das Niederdruckstufen-Laufrad 4 geströmt ist, strömt nach außen in der radialen Richtung Y durch den Spiralkanal 64 und wird dann zu der Außenseite des Niederdruckstufen-Gehäuses 6 durch die Niederdruckstufen-Austrittsöffnung 62 abgegeben.
(Hochdruckstufen-Gehäuse und Hochdruckstufen-Laufrad)
Wie in 1 gezeigt, weist das Hochdruckstufen-Gehäuse 7 eine Hochdruckstufen-Eintrittsöffnung 71 zum Einleiten eines Gases von außerhalb nach innerhalb des Hochdruckstufen-Gehäuses 7 und eine Hochdruckstufen-Austrittsöffnung 72 zum Abgeben des Gases von innerhalb nach außerhalb des Hochdruckstufen-Gehäuses 7 auf. Innerhalb des Hochdruckstufen-Gehäuses 7 sind ein Zufuhrkanal 73 zum Führen des in das Hochdruckstufen-Gehäuse 7 eingeleiteten Gases von der Hochdruckstufen-Eintrittsöffnung 71 zu dem Hochdruckstufen-Laufrad 5 und ein Spiralkanal 74 zum Führen des Gases, das durch das Hochdruckstufen-Laufrad 5 geströmt ist, zu der Hochdruckstufen-Austrittsöffnung 72 ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform öffnet sich jede der Hochdruckstufen-Eintrittsöffnung 71 und der Hochdruckstufen-Austrittsöffnung 72 in einer Richtung, die die Drehachse CA schneidet (z. B. senkrecht dazu ist).
In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Hochdruckstufen-Laufrad 5 an der anderen Endseite der Drehwelle 3 angeordnet. Das Hochdruckstufen-Laufrad 5 umfasst eine Nabe 51, die mechanisch mit dem anderen Ende der Drehwelle 3 verbunden ist, und mehrere Laufradschaufeln 53, die an der Außenumfangsfläche der Nabe 51 angeordnet sind. Das Hochdruckstufen-Laufrad 5 kann sich in Verbindung mit der Drehwelle 3 um die Drehachse CA der Drehwelle 3 drehen. Das Hochdruckstufen-Laufrad 5 besteht aus einem Zentrifugallaufrad, das konfiguriert ist, um das Gas, das von der Hochdruckstufenseite XH entlang der axialen Richtung X zu der Außenseite in der radialen Richtung Y geschickt wird, zu führen. Ein Spalt (Zwischenraum) ist zwischen jeder der Spitzen der Laufradschaufeln 53 und einer konvex gekrümmten Ummantelungsfläche des Hochdruckstufen-Gehäuses 7 gebildet.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das Hochdruckstufen-Gehäuse 7 mit einem anderen Element (in dem dargestellten Beispiel dem hochdruckstufenseitigen Lagergehäuse 16B) kombiniert, um eine Hochdruckstufen-Laufradkammer 76 zu bilden, die das Hochdruckstufen-Laufrad 5 drehbar aufnimmt. Die Hochdruckstufen-Laufradkammer 76 kommuniziert mit dem Zufuhrkanal 73, der stromaufwärts in der Gasströmungsrichtung angeordnet ist, und dem Spiralkanal 74, der stromabwärts in der Gasströmungsrichtung angeordnet ist. Der Spiralkanal 74 weist eine Spiralform auf, die die Außenseite des Hochdruckstufen-Laufrads 5 in der radialen Richtung Y umgibt.
(Verbindungsrohr)
Wie in 1 gezeigt, umfasst der elektrische Zentrifugalverdichter 1 ein Verbindungsrohr 8 zum Zuführen des Druckgases, das durch das Niederdruckstufen-Laufrad 4 verdichtet wird, zu dem Hochdruckstufen-Gehäuse 7. Wie in 1 gezeigt, ist das Verbindungsrohr 8 in einer Rohrform ausgebildet, die sich entlang seiner Längsrichtung erstreckt, und enthält mindestens ein hochdruckstufenseitiges Verbindungsteil 81, das mit der Hochdruckstufen-Eintrittsöffnung 71 verbunden ist, und ein niederdruckstufenseitiges Verbindungsteil 82, das mit der Niederdruckstufen-Austrittsöffnung 62 verbunden ist. In der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich jedes des hochdruckstufenseitigen Verbindungsteils 81 und des niederdruckstufenseitigen Verbindungsteils 82 in einer Richtung, die die Drehachse CA der Drehwelle 3 schneidet (z. B. senkrecht dazu ist).
Das Verbindungsrohr 8 enthält ferner ein Zwischenteil 83, das sich entlang der Drehachse CA der Drehwelle 3 erstreckt, ein niederdruckstufenseitiges gekrümmtes Teil 84 mit einer gekrümmten Form, das das niederdruckstufenseitige Verbindungsteil 82 und das Zwischenteil 83 verbindet, und ein hochdruckstufenseitiges gekrümmtes Teil 85 mit einer gekrümmten Form, das das hochdruckstufenseitige Verbindungsteil 81 und das Zwischenteil 83 verbindet. In 1 ist die Grenze jedes Teils des Verbindungsrohrs 8 durch die Strichpunktlinie gezeigt. Die Teile des Verbindungsrohrs 8 können aus getrennten Elementen bestehen oder können aus einem einzigen Material einstückig gebildet sein.
Das verdichtete Gas, das von der Niederdruckstufen-Austrittsöffnung 62 des Niederdruckstufen-Gehäuses 6 abgegeben wird, strömt durch das Verbindungsrohr 8 vom niederdruckstufenseitigen Verbindungsteil 82 zum hochdruckstufenseitigen Verbindungsteil 81 und wird dann in den Zufuhrkanal 73 durch die Hochdruckstufen-Eintrittsöffnung 71 des Hochdruckstufen-Gehäuses 7 eingeleitet. Das in den Zufuhrkanal 73 eingeleitete Druckgas wird zu dem Hochdruckstufen-Laufrad 5 gesendet und wird durch die Drehung des Hochdruckstufen-Laufrads 5 verdichtet, um auf einen zweiten Druck mit Druck beaufschlagt zu werden, der höher als der erste Druck ist. Das verdichtete Gas, das durch das Hochdruckstufen-Laufrad 5 geströmt ist, strömt nach außen in der radialen Richtung Y durch den Spiralkanal 74 und wird dann zu der Außenseite des Hochdruckstufen-Gehäuses 7 durch die Hochdruckstufen-Austrittsöffnung 72 abgegeben.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst der elektrische Zentrifugalverdichter 1 einen elektrischen Zentrifugalverdichter für ein Brennstoffzellenfahrzeug. Daher wird das durch das Hochdruckstufen-Laufrad 5 verdichtete Druckgas einer Kathode einer Brennstoffzelle (nicht gezeigt) zugeführt. Die vorliegende Offenbarung kann auf einen anderen elektrischen Zentrifugalverdichter als den für ein Brennstoffzellenfahrzeug angewendet werden, zum Beispiel einen elektrischen Zentrifugalverdichter für einen Verbrennungsmotor zum Druckbeaufschlagen eines Verbrennungsgases, das einem Verbrennungsmotor, wie etwa einem Motor, zugeführt wird.
Mit der obigen Konfiguration weist das Hochdruckstufen-Gehäuse 7 die Hochdruckstufen-Eintrittsöffnung 71 auf, die sich in einer Richtung öffnet, die die Drehachse CA der Drehwelle 3 schneidet, und das hochdruckstufenseitige Verbindungsteil 81 des Verbindungsrohrs 8 ist mit der Hochdruckstufen-Eintrittsöffnung 71 verbunden. Dementsprechend wird das durch das Niederdruckstufen-Laufrad 4 mit Druck beaufschlagte Druckgas von der Außenumfangsseite (der Außenseite in der radialen Richtung Y) des Hochdruckstufen-Gehäuses 7 durch das Verbindungsrohr 8 in das Hochdruckstufen-Gehäuse 7 zugeführt. In diesem Fall kann im Vergleich zu dem Fall, in dem das Druckgas in das Hochdruckstufen-Gehäuse 7 entlang der axialen Richtung X der Drehwelle 3 eingeleitet wird, die Länge des Verbindungsrohrs 8 und des Hochdruckstufen-Gehäuses 7 in der axialen Richtung X verkürzt werden. Infolgedessen kann die Länge des elektrischen Zentrifugalverdichters 1 in der axialen Richtung X verkürzt werden, so dass die Größe und das Gewicht des mehrstufigen elektrischen Zentrifugalverdichters verringert werden können. Ferner kann mit dem elektrischen Zentrifugalverdichter 1 ein hohes Druckverhältnis bei niedrigen Strömungsraten erreicht werden, und ein mehrstufiger elektrischer Zentrifugalverdichter mit ausgezeichneter Schublastbalance kann erreicht werden.
(Lager)
Das niederdruckstufenseitige Lager 15A lagert die Drehwelle 3 an einer Position zwischen dem Niederdruckstufen-Laufrad 4 und dem Elektromotor 10 (zwischen dem Niederdruckstufen-Laufrad 4 und der Rotorbaugruppe 13) drehbar. Das niederdruckstufenseitige Lager 15A umfasst ein mit Fett gefülltes Kugellager, in das zuvor Fett als Schmiermittel gefüllt wurde. Im Vergleich zu einem Luftlager erfordert ein Kugellager keinen Leerlauf, erfordert kein komplexes System, ist marktfähiger und ist beständiger gegenüber wiederholtem Drehen und Anhalten der Drehwelle 3.
Das hochdruckstufenseitige Lager 15B lagert die Drehwelle 3 an einer Position zwischen dem Hochdruckstufen-Laufrad 5 und dem Elektromotor 10 (zwischen dem Hochdruckstufen-Laufrad 5 und der Rotorbaugruppe 13) drehbar.
Das hochdruckstufenseitige Lager 15B umfasst ein mit Fett gefülltes Kugellager, in das zuvor Fett als Schmiermittel gefüllt wurde.
Mit der obigen Konfiguration kann, da es nicht notwendig ist, dem niederdruckstufenseitigen Lager 15A Fett zuzuführen, die Struktur von Teilen (z. B. dem niederdruckstufenseitigen Lagergehäuse 16A) um das niederdruckstufenseitige Lager 15A herum vereinfacht werden, so dass die Größe und das Gewicht des mehrstufigen elektrischen Zentrifugalverdichters verringert werden können. Da es ferner nicht notwendig ist, dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B Fett zuzuführen, kann die Struktur von Teilen (z. B. dem hochdruckstufenseitigen Lagergehäuse 16B) um das hochdruckstufenseitige Lager 15B herum vereinfacht werden, so dass die Größe und das Gewicht des mehrstufigen elektrischen Zentrifugalverdichters verringert werden können.
(Lagergehäuse)
Das niederdruckstufenseitige Lagergehäuse 16A nimmt das niederdruckstufenseitige Lager 15A auf, und das niederdruckstufenseitige Lager 15A wird durch eine Lagerstützfläche 161 gelagert, die innerhalb des niederdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16A ausgebildet ist. Das hochdruckstufenseitige Lagergehäuse 16B nimmt das hochdruckstufenseitige Lager 15B auf, und das hochdruckstufenseitige Lager 15B wird durch eine Lagerstützfläche 162 gelagert, die innerhalb des hochdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16B ausgebildet ist.
Das niederdruckstufenseitige Lagergehäuse 16A und das hochdruckstufenseitige Lagergehäuse 17 sind in der axialen Richtung X zwischen dem Niederdruckstufengehäuse 6 und dem Hochdruckstufengehäuse 7 angeordnet. Das Statorgehäuse 17 ist zwischen dem niederdruckstufenseitigen Lagergehäuse 16A und dem hochdruckstufenseitigen Lagergehäuse 16B in der axialen Richtung X angeordnet und grenzt an das niederdruckstufenseitige Lagergehäuse 16A und das hochdruckstufenseitige Lagergehäuse 16B an.
Das niederdruckstufenseitige Lagergehäuse 16A ist auf der Hochdruckstufenseite XH des Niederdruckstufengehäuses 6 und auf der Niederdruckstufenseite XL des Statorgehäuses 17 angeordnet. Das niederdruckstufenseitige Lagergehäuse 16A ist durch Befestigungselemente, wie etwa Befestigungsbolzen, mechanisch mit dem Niederdruckstufengehäuse 6 und dem Statorgehäuse 17 verbunden, die in der axialen Richtung X an das niederdruckstufenseitige Lagergehäuse 16A angrenzend angeordnet sind. Das hochdruckstufenseitige Lagergehäuse 16B ist auf der Niederdruckstufenseite XL des Hochdruckstufengehäuses 7 und auf der Hochdruckstufenseite XH des Statorgehäuses 17 angeordnet. Das hochdruckstufenseitige Lagergehäuse 16B ist durch Befestigungselemente, wie etwa Befestigungsbolzen, mechanisch mit dem Hochdruckstufengehäuse 7 und dem Statorgehäuse 17 verbunden, die in der axialen Richtung X an das hochdruckstufenseitige Lagergehäuse 16B angrenzend angeordnet sind. Weitere detaillierte Konfigurationen des niederdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16A und des hochdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16B werden später beschrieben.
(Hülse)
In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet der elektrische Zentrifugalverdichter 1 ferner eine niederdruckstufenseitige Hülse 18A, die am Außenumfang der Drehwelle 3 zwischen dem Niederdruckstufen-Laufrad 4 und dem niederdruckstufenseitigen Lager 15A in der axialen Richtung X montiert ist, eine hochdruckstufenseitige Hülse 18B, die am Außenumfang der Drehwelle 3 zwischen dem Hochdruckstufen-Laufrad 5 und dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B in der axialen Richtung X montiert ist, und eine Druckfeder 19, die das hochdruckstufenseitige Lager 15B zu der Niederdruckstufenseite XL hin vorspannt.
Der oben beschriebene Drehkörper 11 beinhaltet ferner die niederdruckstufenseitige Hülse 18A und die hochdruckstufenseitige Hülse 18B.
Das niederdruckstufenseitige Lagergehäuse 16A weist eine Innenfläche (der Hülse zugewandte Fläche) 36, die einer Außenumfangsfläche 34 der niederdruckstufenseitigen Hülse 18A zugewandt ist, und eine Eingriffsfläche 164 auf, die sich in der radialen Richtung von dem Endteil der Lagerstützfläche 161 auf der Niederdruckstufenseite XL nach innen erstreckt und das niederdruckstufenseitige Lager 15A in Eingriff nimmt. Die Innenfläche 36 ist so ausgebildet, dass sie einen kleineren Durchmesser als die Lagerstützfläche 161 aufweist. Das hochdruckstufenseitige Lagergehäuse 16B weist eine Innenfläche (der Hülse zugewandte Fläche) 165, die einer Außenumfangsfläche 181 der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B zugewandt ist, und eine Eingriffsfläche 166 auf, die sich in der radialen Richtung von dem Endteil der Lagerstützfläche 162 auf der Hochdruckstufenseite XH nach innen erstreckt. Die Innenfläche 165 ist so ausgebildet, dass sie einen kleineren Durchmesser als die Lagerstützfläche 162 aufweist. Die Druckfeder 19 ist zwischen der Eingriffsfläche 166 und dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B angeordnet, um einen vorbestimmten Druck an das hochdruckstufenseitige Lager 15B anzulegen.
2 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt des in 1 gezeigten elektrischen Zentrifugalverdichters 1 an einer anderen Umfangsposition als der in 1 gezeigte Querschnitt zeigt. Der in 2 gezeigte Querschnitt ist ein Querschnitt entlang der Drehachse CA. 3 ist eine vergrößerte Ansicht in der Nähe der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B in dem in 2 gezeigten Querschnitt. 4 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 3. 5 ist eine vergrößerte Ansicht in der Nähe der niederdruckstufenseitigen Hülse 18A in dem in 2 gezeigten Querschnitt.
(Druckluftzufuhrloch auf der Hochdruckstufenseite)
Wie in 2 oder 3 gezeigt, enthält das hochdruckstufenseitige Lagergehäuse 16B ein Druckluftzufuhrloch 90 zum Zuführen der Druckluft zu einem Spalt 25 zwischen dem Drehkörper 11 einschließlich der Drehwelle 3 und dem hochdruckstufenseitigen Lagergehäuse 16B (in dem dargestellten Beispiel ein Spalt zwischen der Außenumfangsfläche 181 der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B und der Innenfläche 165 des hochdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16B). Das Druckluftzufuhrloch 90 ist als ein Durchgangsloch ausgebildet, das das hochdruckstufenseitige Lagergehäuse 16B entlang der radialen Richtung von der Außenfläche 168 zu der Innenfläche 165 des hochdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16B durchdringt. Ein Einlass 90a des Druckluftzufuhrlochs 90 ist an der Außenfläche 168 des hochdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16B ausgebildet, und ein Auslass 90b des Druckluftzufuhrlochs 90 ist an der Innenfläche 165 des hochdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16B ausgebildet. Der Auslass 90b des Druckluftzufuhrlochs 90 befindet sich zwischen dem hochdruckstufenseitigen Laufrad 5 und dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B in der axialen Richtung.
Wie in 2 gezeigt, beinhaltet der elektrische Zentrifugalverdichter 1 eine Drucklufteinleitungsleitung 26, die konfiguriert ist, um die Druckluft von einer Druckquelle (z. B. Druckluftzufuhrleitung 21 oder Ausgleichsbehälter 27) in den Einlass 90a des Druckluftzufuhrlochs 90 einzuleiten.
Die Drucklufteinleitungsleitung 26 ist konfiguriert, um die Druckluft von jeder der Druckluftzufuhrleitung 21 und dem Ausgleichsbehälter 27 in den Einlass 90a des Druckluftzufuhrlochs 90 einzuleiten. Das Gas im Ausgleichsbehälter 27 weist aufgrund eines Verdichters 28 einen höheren Druck als in einem Raum 24 auf, der später beschrieben wird. Die Drucklufteinleitungsleitung 26 beinhaltet ein erstes Rohr 261, das an einem Ende mit einem Abzweigteil 211 der Druckluftzufuhrleitung 21 und am anderen Ende mit dem Einlass 90a verbunden ist, ein zweites Rohr 262, das an einem Ende mit dem ersten Rohr 261 und am anderen Ende mit dem Ausgleichsbehälter 27 verbunden ist, und ein Schaltgerät 263, das konfiguriert ist, um die Quelle der Druckluft zum Einlass 90a entweder zur Druckluftzufuhrleitung 21 oder zum Ausgleichsbehälter 27 zu schalten. Die Druckluftzufuhrleitung 21 ist mit einem Kühlgerät 265 zum Kühlen der Druckluft versehen. In einer anderen Ausführungsform kann das Kühlgerät 265 auf dem ersten Rohr 261 stromaufwärts des Schaltgeräts 263 (zwischen dem Abzweigteil 211 und dem Schaltgerät 263 auf dem ersten Rohr 261) vorgesehen sein.
Das Schaltgerät 263 kann ein Dreiwegeventil sein, das an der Verbindung zwischen dem ersten Rohr 261 und dem zweiten Rohr 262 angeordnet ist, wie in 2 gezeigt, oder kann Ventile (z. B. Öffnungs-/Schließventil) sein, die stromaufwärts der Verbindung zwischen dem ersten Rohr 261 und dem zweiten Rohr 262 auf dem zweiten Rohr 262 angeordnet sind. In anderen Ausführungsformen kann die Drucklufteinleitungsleitung 26 ein Rohr beinhalten, das an einem Ende mit dem Ausgleichsbehälter 27 und am anderen Ende mit dem Einlass 90a verbunden ist, und kann konfiguriert sein, um die Druckluft nur von dem Ausgleichsbehälter 27 in den Einlass 90a einzuleiten. Durch Konfigurieren des Systems, um zu ermöglichen, dass die Druckluft von der Druckluftzufuhrleitung 21 in den Einlass 90a zugeführt wird, kann der Ausgleichsbehälter 27 eine kleine Kapazität aufweisen.
Wie in 3 gezeigt, ist ein Raum 24 zwischen der Rückfläche 57 des Hochdruckstufen-Laufrads 5 und einer hochdruckstufenseitigen Fläche 167 des hochdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16B gebildet, die der Rückfläche 57 zugewandt ist. Der Spalt 25, der zwischen der Außenumfangsfläche 181 der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B und der Innenfläche 165 des hochdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16B gebildet ist, kommuniziert mit dem Raum 24.
In der dargestellten Ausführungsform, wie in 3 gezeigt, weist die Außenumfangsfläche 181 der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B eine Ringnut 182 auf, in die ein Dichtelement (z. B. ein ringförmiger Dichtring) 86 eingepasst ist, eine Ringnut 183, in die ein Dichtelement (z. B. ein ringförmiger Dichtring) 87 eingepasst ist, und eine Ringnut 184, in die ein Dichtelement (z. B. ein ringförmiger Dichtring) 88 eingepasst ist.
Die Ringnut 182 befindet sich zwischen dem hochdruckstufenseitigen Laufrad 5 und dem Auslass 90b des Druckluftzufuhrlochs 90 in der axialen Richtung X. Das Dichtelement 86 ist so angeordnet, dass es den Spalt 25 an einer Position zwischen dem hochdruckstufenseitigen Laufrad 5 und dem Auslass 90b des Druckluftzufuhrlochs 90 in der axialen Richtung X abdichtet.
Die Ringnut 183 befindet sich zwischen dem Auslass 90b des Druckluftzufuhrlochs 90 und dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B in der axialen Richtung. Somit befindet sich der Auslass 90b des Druckluftzufuhrlochs 90 zwischen der Ringnut 182 und der Ringnut 183 in der axialen Richtung X. Das Dichtelement 87 ist so angeordnet, dass es den Spalt 25 an einer Position zwischen dem Auslass 90b des Druckluftzufuhrlochs 90 und dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B in der axialen Richtung abdichtet.
Die Ringnut 184 befindet sich zwischen dem Auslass 90b des Druckluftzufuhrlochs 90 und dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B in der axialen Richtung (genauer gesagt zwischen der Ringnut 183 und dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B in der axialen Richtung). Das Dichtelement 88 ist so angeordnet, dass es den Spalt 25 an einer Position zwischen dem Auslass des Druckluftzufuhrlochs 90 und dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B in der axialen Richtung (genauer gesagt zwischen der Ringnut 183 und dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B in der axialen Richtung) abdichtet. Die Außenflächen des Dichtelements 86, des Dichtelements 87 und des Dichtelements 88 sind mit der Außenumfangsfläche 181 der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B in Kontakt, um den Spalt 25 in mehrere Abschnitte zu unterteilen.
Wenn sich das Hochdruckstufen-Laufrad 5 dreht, steigen die Temperatur und der Druck des Gases in dem Raum 24 an. Wenn das Gas in dem Raum 24 durch den Spalt 25 strömt und zu dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B strömt, besteht die Gefahr, dass Fett in dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B zu Ölnebel wird und das hochdruckstufenseitige Lager 15B verschlechtert.
In dieser Hinsicht enthält das hochdruckstufenseitige Lagergehäuse 16B mit der obigen Konfiguration das Druckluftzufuhrloch 90 zum Zuführen des Druckgases von der Außenseite des hochdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16B zu dem Spalt 25 zwischen dem Drehkörper 11, der die Drehwelle 3 enthält, und dem hochdruckstufenseitigen Lagergehäuse 16B, und der Auslass 90b des Druckluftzufuhrlochs 90 ist an der Innenfläche 165 des hochdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16B ausgebildet und befindet sich zwischen dem hochdruckstufenseitigen Laufrad 5 und dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B in der axialen Richtung X.
Dies ermöglicht, dass das Druckgas von dem Druckluftzufuhrloch 90 zu dem Spalt 25 zugeführt wird, wodurch eine Leckageströmung von dem Raum 24, der der Rückfläche 57 des hochdruckstufenseitigen Laufrads 5 zugewandt ist, zu dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B unterdrückt wird. Dies unterdrückt den Ölnebel von Fett in dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B, der durch die Leckageströmung verursacht wird, wodurch die Haltbarkeit und die Lebensdauer des hochdruckstufenseitigen Lagers 15B verbessert werden.
Wenn ferner die Druckluft von der Drucklufteinleitungsleitung 26 zu dem Einlass 90a des Druckluftzufuhrlochs 90 zugeführt wird, so dass der Druck in einem Raum 89 des Spalts 25 zwischen dem Dichtungselement 86 und dem Dichtungselement 87 größer als der Druck in dem Raum 24 des Spalts 25 benachbart zu der Rückfläche des Hochdruckstufen-Laufrads 5 ist, ist es möglich, eine Leckageströmung von dem Raum 24, der der Rückfläche 57 des Hochdruckstufen-Laufrads 5 zugewandt ist, zu dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B wirksam zu unterdrücken.
Wenn ferner die Druckluft von der Drucklufteinleitungsleitung 26 zu dem Einlass 90a des Druckluftzufuhrlochs 90 zugeführt wird, so dass der Druck in dem Raum 89 des Spalts 25 zwischen dem Dichtungselement 86 und dem Dichtungselement 87 größer als der Druck in einem Raum 79 des Spalts 25 ist, der das hochdruckstufenseitige Lager 15B aufnimmt (ein Raum zwischen dem Dichtungselement 88 und dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B), ist es möglich, zu verhindern, dass das in das hochdruckstufenseitige Lager 15B gefüllte Fett zu einem Strömungsweg in dem Hochdruckstufengehäuse 7 durch den Spalt 25 oder den Raum 24 leckt. Dies verhindert, dass sich das Fett mit dem durch den elektrischen Zentrifugalverdichter 1 verdichteten Druckgas mischt, so dass der elektrische Zentrifugalverdichter 1 der Brennstoffzelle sauberes Druckgas oder dergleichen zuführen kann.
(Spülloch auf der Hochdruckstufenseite)
Wie in 2 oder 3 gezeigt, enthält das hochdruckstufenseitige Lagergehäuse 16B ein Spülloch 92 (Spülkanal) zum Abgeben der Druckluft, die vom Druckluftzufuhrloch 90 zum Spalt 25 zugeführt wird, nach außerhalb des hochdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16B vom Spalt 25. Das Spülloch 92 ist als ein Durchgangsloch ausgebildet, das das hochdruckstufenseitige Lagergehäuse 16B entlang der radialen Richtung von der Außenfläche 168 zu der Innenfläche 165 des hochdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16B durchdringt. Der Einlass 92a des Spüllochs 92 ist an der Innenfläche 165 des hochdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16B ausgebildet und befindet sich zwischen dem hochdruckstufenseitigen Laufrad 5 und dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B in der axialen Richtung X. In dem in 3 gezeigten Beispiel ist der Einlass 92a des Spüllochs 92 benachbart zu dem hochdruckstufenseitigen Laufrad 5 an der Lagerstützfläche 162 ausgebildet und öffnet sich zu einem Raum 99, der die Druckfeder 19 aufnimmt. Der Austritt 92b des Spüllochs 92 ist an der Außenfläche 168 des hochdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16B ausgebildet.
Mit der obigen Konfiguration wird die Druckluft, die dem Spalt 25 zugeführt wird, durch das Spülloch 92 nach außerhalb des hochdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16B abgegeben, so dass die Druckluft, die dem Spalt 25 zugeführt wird, daran gehindert wird, in das Innere des hochdruckstufenseitigen Lagers 15B einzutreten. Dies unterdrückt den Ölnebel von Fett in dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B, wodurch die Haltbarkeit und die Lebensdauer des hochdruckstufenseitigen Lagers 15B verbessert werden.
Wie in 3 oder 4 gezeigt, enthält das hochdruckstufenseitige Lager 15B einen Innenring 94, einen Außenring 95, mehrere Kugeln 96 (mehrere Wälzkörper), die zwischen dem Innenring 94 und dem Außenring 95 gehalten werden, und ein Paar ringförmige Dichtplatten 97, die sich auf beiden Seiten der Kugeln 96 in der axialen Richtung X befinden und durch den Außenring 95 gehalten werden. Wenn hier ein ringförmiger Spalt, der zwischen dem Innenring 94 und einer ringförmigen Dichtplatte 97 des Paars ringförmiger Dichtplatten 97 näher am hochdruckstufenseitigen Laufrad 5 ausgebildet ist, als ein Dichtplattenspalt 98 definiert ist, und die Querschnittsfläche des Dichtplattenspalts 98 senkrecht zur axialen Richtung X (Fläche des in 4 gezeigten ringförmigen Dichtplattenspalts 98) als S 1 definiert ist, weist das Spülloch 92 eine größere Wegquerschnittsfläche S2 als die Querschnittsfläche S 1 auf. Das Spülloch 92 kann eine größere Wegquerschnittsfläche S2 als die Querschnittsfläche S 1 vom Eintritt 92a zum Austritt 92b aufweisen. Die Wegquerschnittsfläche des Spüllochs 92 bedeutet die Querschnittsfläche senkrecht zur Strömungsrichtung der Druckluft in dem Spülloch 92 (Querschnittsfläche senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Spüllochs 92).
Wenn also das Spülloch 92 eine größere Wegquerschnittsfläche S2 als die Querschnittsfläche S1 des Dichtplattenspalts 98 aufweist, wird die Strömung der Druckluft, die dem Spalt 25 zugeführt wird, in das Spülloch 92 gefördert, und die Druckluft wird daran gehindert, durch den Spalt 25 in das Innere des hochdruckstufenseitigen Lagers 15B einzutreten. Dies unterdrückt den Ölnebel von Fett in dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B, wodurch die Haltbarkeit und die Lebensdauer des hochdruckstufenseitigen Lagers 15B verbessert werden.
(Druckluftzufuhrloch auf der Niederdruckstufenseite)
Wie in 2 oder 5 gezeigt, enthält das niederdruckstufenseitige Lagergehäuse 16A ein Druckluftzufuhrloch 91 zum Zuführen der Druckluft zu einem Spalt 38 zwischen dem Drehkörper 11 einschließlich der Drehwelle 3 und dem niederdruckstufenseitigen Lagergehäuse 16A (in dem dargestellten Beispiel ein Spalt zwischen der Außenumfangsfläche 34 der niederdruckstufenseitigen Hülse 18A und der Innenfläche 36 des niederdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16A). Das Druckluftzufuhrloch 91 ist als ein Durchgangsloch ausgebildet, das das hochdruckstufenseitige Lagergehäuse 16B entlang der radialen Richtung von der Außenfläche 170 zu der Innenfläche 36 des niederdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16A durchdringt. Ein Einlass 91a des Druckluftzufuhrlochs 91 ist an der Außenfläche 170 des niederdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16A ausgebildet, und ein Auslass 91b des Druckluftzufuhrlochs 91 ist an der Innenfläche 36 des niederdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16A ausgebildet. Der Auslass 91b des Druckluftzufuhrlochs 91 befindet sich zwischen dem niederdruckstufenseitigen Laufrad 4 und dem niederdruckstufenseitigen Lager 15A in der axialen Richtung.
Der elektrische Zentrifugalverdichter 1 beinhaltet eine Drucklufteinleitungsleitung 29, die konfiguriert ist, um die Druckluft von einer Druckquelle (z. B. Druckluftzufuhrleitung 21 oder Ausgleichsbehälter 27) in den Einlass 91a des Druckluftzufuhrlochs 91 einzuleiten. Die Drucklufteinleitungsleitung 29 teilt einige Ausrüstung (Rohre und Ventile) mit der Drucklufteinleitungsleitung 26. Das heißt, die Drucklufteinleitungsleitung 29 weist ein drittes Rohr 291, das an einem Ende mit einem Abzweigteil 264 des ersten Rohrs 261 zwischen der Verbindung mit dem zweiten Rohr 262 und dem Einlass 91a und am anderen Ende mit dem Einlass 91a verbunden ist, und ein Druckminderventil 292 auf, das auf dem dritten Rohr 291 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen kann die Drucklufteinleitungsleitung 29 keine Ausrüstung mit der Drucklufteinleitungsleitung 26 teilen.
Wie in 5 gezeigt, ist ein Raum 33 zwischen der Rückfläche 30 des Niederdruckstufen-Laufrads 4 und einer niederdruckstufenseitigen Fläche 32 des niederdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16A gebildet, die der Rückfläche 30 zugewandt ist. Der Spalt 38, der zwischen der Außenumfangsfläche 34 der niederdruckstufenseitigen Hülse 18A und der Innenfläche 36 des niederdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16A gebildet ist, kommuniziert mit dem Raum 33.
In der dargestellten Ausführungsform, wie in 5 gezeigt, weist die Außenumfangsfläche 34 der niederdruckstufenseitigen Hülse 18A eine Ringnut 203 auf, in die ein Dichtelement (z. B. ein ringförmiger Dichtring) 202 eingepasst ist, und eine Ringnut 205, in die ein Dichtelement (z. B. ein ringförmiger Dichtring) 204 eingepasst ist.
Die Ringnut 203 befindet sich zwischen dem niederdruckstufenseitigen Laufrad 4 und dem Auslass 91b des Druckluftzufuhrlochs 91 in der axialen Richtung X. Das Dichtelement 202 ist so angeordnet, dass es den Spalt 38 an einer Position zwischen dem niederdruckstufenseitigen Laufrad 4 und dem Auslass 91b des Druckluftzufuhrlochs 91 in der axialen Richtung X abdichtet.
Die Ringnut 205 befindet sich zwischen dem Auslass 91b des Druckluftzufuhrlochs 91 und dem niederdruckstufenseitigen Lager 15A in der axialen Richtung. Somit befindet sich der Auslass 91b des Druckluftzufuhrlochs 91 zwischen der Ringnut 203 und der Ringnut 205 in der axialen Richtung X. Das Dichtelement 204 ist so angeordnet, dass es den Spalt 38 an einer Position zwischen dem Auslass 91b des Druckluftzufuhrlochs 91 und dem niederdruckstufenseitigen Lager 15A in der axialen Richtung abdichtet.
Die Außenflächen des Dichtelements 202 und des Dichtelements 204 sind mit der Außenumfangsfläche 34 der niederdruckstufenseitigen Hülse 18A in Kontakt, um den Spalt 38 in mehrere Abschnitte zu unterteilen.
Wenn sich das Niederdruckstufen-Laufrad 4 dreht, steigen die Temperatur und der Druck des Gases in dem Raum 33 an. Wenn das Gas in dem Raum 33 durch den Spalt 38 strömt und zu dem niederdruckstufenseitigen Lager 15A strömt, besteht die Gefahr, dass Fett in dem niederdruckstufenseitigen Lager 15A zu Ölnebel wird und das niederdruckstufenseitige Lager 15A verschlechtert.
In dieser Hinsicht enthält das niederdruckstufenseitige Lagergehäuse 16A mit der obigen Konfiguration das Druckluftzufuhrloch 91 zum Zuführen des Druckgases von der Außenseite des niederdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16A zu dem Spalt 38 zwischen dem Drehkörper 11, der die Drehwelle 3 enthält, und dem niederdruckstufenseitigen Lagergehäuse 16A, und der Auslass 91b des Druckluftzufuhrlochs 91 ist an der Innenfläche 36 des niederdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16A ausgebildet und befindet sich zwischen dem niederdruckstufenseitigen Laufrad 4 und dem niederdruckstufenseitigen Lager 15A in der axialen Richtung X.
Dies ermöglicht, dass das Druckgas von dem Druckluftzufuhrloch 91 zu dem Spalt 38 zugeführt wird, wodurch eine Leckageströmung von dem Raum 33, der der Rückfläche 30 des niederdruckstufenseitigen Laufrads 4 benachbart ist, zu dem niederdruckstufenseitigen Lager 15A unterdrückt wird. Dies unterdrückt den Ölnebel von Fett in dem niederdruckstufenseitigen Lager 15A, der durch die Leckageströmung verursacht wird, wodurch die Haltbarkeit und die Lebensdauer des niederdruckstufenseitigen Lagers 15A verbessert werden.
Wenn ferner die Druckluft von der Drucklufteinleitungsleitung 29 zu dem Einlass 91a des Druckluftzufuhrlochs 91 zugeführt wird, so dass der Druck in einem Raum 206 des Spalts 38 zwischen dem Dichtungselement 202 und dem Dichtungselement 204 größer als der Druck in dem Raum 33 des Spalts 25 benachbart zu der Rückfläche 30 des Niederdruckstufen-Laufrads 4 ist, ist es möglich, eine Leckageströmung von dem Raum 33, der der Rückfläche 30 des Niederdruckstufen-Laufrads 4 benachbart ist, zu dem niederdruckstufenseitigen Lager 15A wirksam zu unterdrücken.
Wenn ferner die Druckluft von der Drucklufteinleitungsleitung 29 zu dem Einlass 91a des Druckluftzufuhrlochs 91 zugeführt wird, so dass der Druck in dem Raum 206 des Spalts 38 zwischen dem Dichtungselement 202 und dem Dichtungselement 204 größer als der Druck in einem Raum 208 des Spalts 38 ist, der das niederdruckstufenseitige Lager 15A aufnimmt (ein Raum zwischen dem Dichtungselement 204 und dem niederdruckstufenseitigen Lager 15A), ist es möglich, zu verhindern, dass das in das niederdruckstufenseitige Lager 15A gefüllte Fett zu einem Strömungsweg in dem Niederdruckstufengehäuse 6 durch den Spalt 38 oder den Raum 33 leckt. Dies verhindert, dass sich das Fett mit dem durch den elektrischen Zentrifugalverdichter 1 verdichteten Druckgas mischt, so dass der elektrische Zentrifugalverdichter 1 der Brennstoffzelle sauberes Druckgas oder dergleichen zuführen kann.
(Spülloch auf der Niederdruckstufenseite)
Wie in 2 und 5 gezeigt, enthält das niederdruckstufenseitige Lagergehäuse 16A ein Spülloch 93 zum Abgeben der Druckluft, die vom Druckluftzufuhrloch 91 zum Spalt 38 zugeführt wird, nach außerhalb des niederdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16A vom Spalt 38. Das Spülloch 93 ist als ein Durchgangsloch ausgebildet, das das niederdruckstufenseitige Lagergehäuse 16A entlang der radialen Richtung von der Außenfläche 170 zu der Innenfläche 36 des niederdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16A durchdringt. Der Einlass 93a des Spüllochs 93 ist an der Innenfläche 36 des niederdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16A ausgebildet und befindet sich zwischen dem Niederdruckstufen-Laufrad 4 und dem niederdruckstufenseitigen Lager 15A in der axialen Richtung X (in dem dargestellten Beispiel zwischen dem Dichtelement 204 und dem niederdruckstufenseitigen Lager 15A in der axialen Richtung X). Der Auslass 93b des Spüllochs 93 ist an der Außenfläche 170 des niederdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16A ausgebildet.
Mit der obigen Konfiguration wird die Druckluft, die dem Spalt 38 zugeführt wird, durch das Spülloch 93 nach außerhalb des niederdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16A abgegeben, so dass die Druckluft, die dem Spalt 38 zugeführt wird, daran gehindert wird, in das Innere des niederdruckstufenseitigen Lagers 15A einzutreten. Dies unterdrückt den Ölnebel von Fett in dem niederdruckstufenseitigen Lager 15A, wodurch die Haltbarkeit und die Lebensdauer des niederdruckstufenseitigen Lagers 15A verbessert werden.
Wie in 5 gezeigt, enthält das niederdruckstufenseitige Lager 15A einen Innenring 212, einen Außenring 213, mehrere Kugeln 214 als Wälzkörper, die zwischen dem Innenring 212 und dem Außenring 213 gehalten werden, und ein Paar ringförmige Dichtplatten 215, die sich auf beiden Seiten der Kugeln 214 in der axialen Richtung X befinden und durch den Außenring 213 gehalten werden. Wenn hier ein ringförmiger Spalt, der zwischen dem Innenring 212 und einer ringförmigen Dichtplatte 215 des Paars ringförmiger Dichtplatten 215 näher am hochdruckstufenseitigen Laufrad 5 ausgebildet ist, als ein Dichtplattenspalt 216 definiert ist und die Querschnittsfläche des Dichtplattenspalts 216 senkrecht zur axialen Richtung X als S3 definiert ist, weist das Spülloch 93 eine größere Wegquerschnittsfläche S4 als die Querschnittsfläche S1 auf. Das Spülloch 93 kann eine größere Wegquerschnittsfläche S4 als die Querschnittsfläche S3 vom Eintritt 93a zum Austritt 93b aufweisen. Die Wegquerschnittsfläche des Spüllochs 93 bedeutet die Querschnittsfläche senkrecht zur Strömungsrichtung der Druckluft in dem Spülloch 93 (Querschnittsfläche senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Spüllochs 93).
Wenn also das Spülloch 93 eine größere Wegquerschnittsfläche als die Querschnittsfläche des Dichtplattenspalts 216 aufweist, wird die Strömung der Druckluft, die dem Spalt 38 zugeführt wird, in das Spülloch 93 gefördert, und die Druckluft wird daran gehindert, durch den Spalt 38 in das Innere des niederdruckstufenseitigen Lagers 15A einzutreten. Dies unterdrückt den Ölnebel von Fett in dem niederdruckstufenseitigen Lager 15A, wodurch die Haltbarkeit und die Lebensdauer des niederdruckstufenseitigen Lagers 15A verbessert werden.
(Lippendichtung)
6 ist eine vergrößerte Ansicht in der Nähe der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B des elektrischen Zentrifugalverdichters 1 gemäß einer Ausführungsform und zeigt schematisch einen Querschnitt entlang der Drehachse CA des elektrischen Zentrifugalverdichters 1. In der folgenden Konfiguration bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gemeinsame Bezugszeichen mit jenen in der vorgenannten Konfiguration dieselben Bestandteile wie jene in der vorgenannten Konfiguration, und deren Beschreibung wird weggelassen.
In der in 3 gezeigten Konfiguration usw. sind drei Dichtelemente 86 bis 88 an der Außenumfangsfläche 181 der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B vorgesehen, aber in einigen Ausführungsformen können nur zwei Dichtelemente 86 und 87 an der Außenumfangsfläche 181 der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B vorgesehen sein, wie beispielsweise in 6 gezeigt.
Die Ringnut 182 befindet sich zwischen dem hochdruckstufenseitigen Laufrad 5 und dem Auslass 90b des Druckluftzufuhrlochs 90 in der axialen Richtung X. Das Dichtungselement 86 ist so angeordnet, dass es den Spalt 25 an einer Position zwischen dem hochdruckstufenseitigen Laufrad 5 und dem Auslass 90b des Druckluftzufuhrlochs 90 in der axialen Richtung X abdichtet.
Die Ringnut 183 befindet sich zwischen dem Auslass 90b des Druckluftzufuhrlochs 90 und dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B in der axialen Richtung. Somit befindet sich der Auslass 90b des Druckluftzufuhrlochs 90 zwischen der Ringnut 182 und der Ringnut 183 in der axialen Richtung X. Das Dichtungselement 87 ist so angeordnet, dass es den Spalt 25 an einer Position zwischen dem Auslass 90b des Druckluftzufuhrlochs 90 und dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B in der axialen Richtung abdichtet.
Die Außenflächen des Dichtelements 86 und des Dichtelements 87 sind mit der Außenumfangsfläche 181 der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B in Kontakt, um den Spalt 25 in mehrere Abschnitte zu unterteilen.
In den in 6 gezeigten Ausführungsformen beinhaltet der elektrische Zentrifugalverdichter 1 ferner eine Lippendichtung 100, die so angeordnet ist, dass sie den Spalt 25 zwischen dem Drehkörper 11 einschließlich der Drehwelle 3 und dem hochdruckstufenseitigen Lagergehäuse 16B (im dargestellten Beispiel ein Spalt zwischen der Außenumfangsfläche 181 der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B und der Innenfläche 165 des hochdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16B) an einer Position zwischen dem Dichtungselement 87 und dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B in der axialen Richtung X abdichtet. Ein Basisendabschnitt 100a der Lippendichtung 100 ist an der Innenfläche 165 des hochdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16B befestigt und ein Spitzenendabschnitt 100b der Lippendichtung 100 ist konfiguriert, um mit der Außenumfangsfläche 181 des Drehkörpers 11 in Kontakt zu kommen.
In dem in 6 gezeigten Beispiel enthält die Innenfläche 165 des hochdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16B eine erste Innenfläche 165a, wo der Austritt 90b des Druckluftzufuhrlochs 90 ausgebildet ist, und eine zweite Innenfläche 165c, die mit der ersten Innenfläche 165a über eine abgestufte Fläche 165b verbunden ist. Die zweite Innenfläche 165c weist einen größeren Durchmesser als die erste Innenfläche 165a und einen kleineren Durchmesser als die Lagerstützfläche auf. Die Lippendichtung 100 enthält ein Basisendabschnitt 100a, das an der zweiten Innenfläche 165c befestigt ist, ein erstes Verbindungsteil 100c, das sich in der radialen Richtung entlang der abgestuften Fläche 165b von dem Ende des Basisendabschnitts 100a näher am hochdruckstufenseitigen Laufrad 5 in der axialen Richtung X nach innen erstreckt, ein zweites Verbindungsteil 100d, das das Innenumfangsende des ersten Verbindungsteils 100c mit einem Spitzenendabschnitt 100b verbindet, und den Spitzenendabschnitt 100b. Das zweite Verbindungsteil 100d erstreckt sich in einer schrägen Richtung, die jede der axialen Richtung X und der radialen Richtung Y schneidet, so dass es sich dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B in der axialen Richtung nähert, wenn es sich in der radialen Richtung von dem Innenumfangsende des ersten Verbindungsteils 100c nach innen erstreckt. Der Spitzenendabschnitt 100b der Lippendichtung 100 ist dicker als jedes des Basisendabschnitts 100a, des ersten Verbindungsteils 100c und des zweiten Verbindungsteils 100d.
In dem in 6 gezeigten Beispiel beinhaltet die Außenumfangsfläche 181 der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B einen Abschnitt 181a mit großem Durchmesser und einen Abschnitt 181b mit kleinem Durchmesser mit einem kleineren Durchmesser als der Abschnitt 181a mit großem Durchmesser. Der Abschnitt 181a mit großem Durchmesser befindet sich zwischen dem Abschnitt 181b mit kleinem Durchmesser und dem Hochdruckstufen-Laufrad 5 und ist jedem des Abschnitts 181b mit kleinem Durchmesser und des Hochdruckstufen-Laufrads 5 benachbart. Die Ringnuten 182 und 183 sind in dem Abschnitt 181a mit großem Durchmesser ausgebildet und der Spitzenendabschnitt 100b der Lippendichtung 100 ist konfiguriert, um mit dem Abschnitt 181b mit kleinem Durchmesser in Kontakt zu kommen.
Mit der in 6 gezeigten Konfiguration trennt sich, wenn die Drehung der Drehwelle 3 stoppt und wenn die Drehzahl der Drehwelle 3 unter einem Referenzwert liegt, der Spitzenendabschnitt 100b der Lippendichtung 100 nicht von der Außenumfangsfläche 181 der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B unter dem Druck von Druckluft, die von dem Druckluftzufuhrloch 90 zu dem Spalt 25 zugeführt wird. Daher strömt, wie in 6 gezeigt, die dem Spalt 25 zugeführte Druckluft in den Raum 24 zwischen der Rückfläche 57 des hochdruckstufenseitigen Laufrads 5 und der hochdruckstufenseitigen Fläche 167 und strömt kaum zu dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B.
Im Gegensatz dazu trennt sich, wenn die Drehzahl der Drehwelle 3 den Referenzwert überschreitet, der Spitzenendabschnitt 100b der Lippendichtung 100 von der Außenumfangsfläche 181 der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B aufgrund des Drucks von Druckluft, die von dem Druckluftzufuhrloch 90 zu dem Spalt 25 zugeführt wird. Daher strömt, wie in 7 gezeigt, die dem Spalt 25 zugeführte Druckluft in den Raum 24 zwischen der Rückfläche 57 des hochdruckstufenseitigen Laufrads 5 und der hochdruckstufenseitigen Fläche 167 und strömt auch zu dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B und wird aus dem Spülloch 92 abgegeben.
Mit der in den 6 und 7 gezeigten Konfiguration wird verhindert, dass das Fett in dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B durch den Spalt 25 oder den Raum 24 in den Strömungsweg in dem hochdruckstufenseitigen Gehäuse 5 austritt, wenn die Drehung der Drehwelle 3 angehalten wird. Dies verhindert, dass sich das Fett mit dem durch den elektrischen Zentrifugalverdichter 1 verdichteten Druckgas mischt, so dass der elektrische Zentrifugalverdichter 1 der Brennstoffzelle sauberes Druckgas oder dergleichen zuführen kann.
Wenn ferner die Drehzahl der Drehwelle 3 den Referenzwert überschreitet, trennt sich der Spitzenendabschnitt 100b der Lippendichtung 100 von der Außenumfangsfläche 181 der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B, wodurch die erhöhte Last auf den Elektromotor 10, die durch den Kontakt zwischen dem Spitzenendabschnitt 100b der Lippendichtung 100 und der Außenumfangsfläche 181 der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B aufgrund der hohen Drehzahl der Drehwelle 3 verursacht wird, wirksam unterdrückt wird.
In einigen Ausführungsformen, wie in 8 gezeigt, beinhaltet der elektrische Zentrifugalverdichter 1 ein magnetisches Material 219 (z. B. Eisen), das an dem Spitzenendabschnitt 100b der Lippendichtung 100 befestigt ist, einen Elektromagnet 220 zum Trennen des Spitzenendabschnitts 100b der Lippendichtung 100 von der Außenumfangsfläche 181 des Drehkörpers 11, eine Stromversorgungseinheit 222, die konfiguriert ist, um Strom an den Elektromagnet 220 anzulegen, einen Drehzahlsensor 224 zum Messen der Drehzahl der Drehwelle 3 und ein Stromversorgungssteuerteil 226 zum Steuern der Stromversorgungseinheit 222. In dem dargestellten Beispiel ist das magnetische Material 219 an der Fläche des Spitzenendabschnitts 100b der Lippendichtung 100 gegenüber der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B befestigt.
Das Stromversorgungssteuerteil 226 kann aus einer elektrischen Schaltung bestehen oder kann aus einem Computer bestehen. Wenn das Stromversorgungssteuerteil 226 aus einem Computer besteht, beinhaltet es eine Speichervorrichtung, wie etwa RAM (Direktzugriffsspeicher) oder ROM (Nur-Lese-Speicher), und einen Prozessor, wie etwa CPU (Zentralverarbeitungseinheit) oder GPU (Grafikverarbeitungseinheit), und der Prozessor führt ein Programm aus, das in der Speichervorrichtung gespeichert ist, um seine Funktionen zu implementieren.
Das Stromversorgungssteuerteil 226 ist konfiguriert, um Strom an den Elektromagnet 220 anzulegen, basierend auf der Drehzahl der Drehwelle 3, die durch den Drehzahlsensor 224 gemessen wird. Zum Beispiel kann das Stromversorgungssteuerteil 226 konfiguriert sein, um Strom an den Elektromagnet 220 anzulegen, um den Spitzenendabschnitt 100b der Lippendichtung 100 von der äußeren Umfangsfläche 181 des Drehkörpers 11 zu trennen, wenn die Drehzahl der Drehwelle 3, die durch den Drehzahlsensor 224 gemessen wird, einen Referenzwert überschreitet.
Mit der in 8 gezeigten Konfiguration, wenn die Drehzahl der Drehwelle 3, die durch den Drehzahlsensor 224 gemessen wird, unter dem Referenzwert liegt, legt das Stromversorgungssteuerteil 226 keinen Strom an den Elektromagnet 220 an, und somit trennt sich der Spitzenendabschnitt 100b der Lippendichtung 100 nicht von der Außenumfangsfläche 181 der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B nur aufgrund des Drucks von Druckluft, die von dem Druckluftzufuhrloch 90 zu dem Spalt 25 zugeführt wird. Daher strömt, wie in 8 gezeigt, die dem Spalt 25 zugeführte Druckluft in den Raum 24 zwischen der Rückfläche 57 des hochdruckstufenseitigen Laufrads 5 und der hochdruckstufenseitigen Fläche 167 und strömt kaum zu dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B.
Im Gegensatz dazu steuert, wenn die Drehzahl der Drehwelle 3, die durch den Drehzahlsensor 224 gemessen wird, den Referenzwert überschreitet, das Stromversorgungssteuerteil 226 die Stromversorgungseinheit 222, um Strom an den Elektromagnet 220 anzulegen, so dass das magnetische Material 219 und der Spitzenendabschnitt 100b, an dem das magnetische Material 219 befestigt ist, zu dem Elektromagnet 220 angezogen werden können, um den Spitzenendabschnitt 100b von der Außenumfangsfläche 181 der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B zu trennen.
Daher strömt, wie in 9 gezeigt, die dem Spalt 25 zugeführte Druckluft in den Raum 24 zwischen der Rückfläche 57 des hochdruckstufenseitigen Laufrads 5 und der hochdruckstufenseitigen Fläche 167 und strömt auch zu dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B und wird aus dem Spülloch 92 abgegeben.
Mit der in den 8 und 9 gezeigten Konfiguration wird verhindert, dass das Fett in dem niederdruckstufenseitigen Lager 15A durch den Spalt 25 oder den Raum 24 in den Strömungsweg in dem niederdruckstufenseitigen Gehäuse 6 austritt, wenn die Drehzahl der Drehwelle 3 unter dem Referenzwert liegt. Dies verhindert, dass sich das Fett mit dem durch den elektrischen Zentrifugalverdichter 1 verdichteten Druckgas mischt, so dass der elektrische Zentrifugalverdichter 1 der Brennstoffzelle sauberes Druckgas oder dergleichen zuführen kann.
Wenn ferner die Drehzahl der Drehwelle 3 den Referenzwert überschreitet, trennt sich der Spitzenendabschnitt 100b der Lippendichtung 100 zuverlässiger von der Außenumfangsfläche 181 der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B als in der in den 6 und 7 gezeigten Konfiguration, wodurch die erhöhte Last auf den Elektromotor 10, die durch den Kontakt zwischen dem Spitzenendabschnitt 100b der Lippendichtung 100 und der Außenumfangsfläche 181 der hochdruckstufenseitigen Hülse 18B aufgrund der hohen Drehzahl der Drehwelle 3 verursacht wird, wirksam unterdrückt wird.
(Unterdruckpumpe)
In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel wie in 10 gezeigt, kann der elektrische Zentrifugalverdichter 1 ferner eine Unterdruckpumpe 230 zum Absaugen der Luft aus dem Spülloch 92 und dem Spülloch 93 beinhalten. Der in 10 gezeigte elektrische Zentrifugalverdichter 1 beinhaltet ferner eine Spülleitung 232, die den Auslass 92b des Spüllochs 92 und die Unterdruckpumpe 230 verbindet, und eine Spülleitung 234, die den Auslass 93b des Spüllochs 93 und die Unterdruckpumpe 230 verbindet.
Ferner beinhaltet der in 10 gezeigte elektrische Zentrifugalverdichter 1 ferner ein Pumpensteuerteil 236 zum Steuern der Unterdruckpumpe 230. Das Pumpensteuerteil 236 ist konfiguriert, um die Unterdruckpumpe 230 zu betreiben, wenn der Elektromotor 10 gestoppt ist, um die Luft aus dem Spülloch 92 und dem Spülloch 93 abzusaugen. Das Pumpensteuerteil 236 kann aus einer elektrischen Schaltung bestehen oder kann aus einem Computer bestehen. Wenn das Pumpensteuerteil 236 aus einem Computer besteht, beinhaltet es eine Speichervorrichtung, wie etwa RAM (Direktzugriffsspeicher) oder ROM, und einen Prozessor, wie etwa CPU oder GPU, und der Prozessor führt ein Programm aus, das in der Speichervorrichtung gespeichert ist, um seine Funktionen zu implementieren.
Mit der in 10 gezeigten Konfiguration wird durch Betreiben der Unterdruckpumpe 230, um ein Vakuum im Inneren des hochdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16B durch das Spülloch 92 zu ziehen, wenn der Elektromotor 10 gestoppt ist, verhindert, dass das in das hochdruckstufenseitige Lager 15B gefüllte Fett durch den Spalt 25 oder den Raum 24 in den Strömungsweg in dem hochdruckstufenseitigen Gehäuse 7 austritt.
Ferner wird durch Betreiben der Unterdruckpumpe 230, um ein Vakuum im Inneren des niederdruckstufenseitigen Lagergehäuses 16A durch das Spülloch 93 zu ziehen, wenn der Elektromotor 10 gestoppt ist, verhindert, dass das in das niederdruckstufenseitige Lager 15A gefüllte Fett durch den Spalt 38 oder den Raum 33 in den Strömungsweg in dem niederdruckstufenseitigen Gehäuse 6 austritt.
Daher wird auch ohne die Lippendichtung 100, wie in den 6 bis 10 gezeigt, wirksam verhindert, dass sich das Fett mit dem durch den elektrischen Zentrifugalverdichter 1 verdichteten Druckgas mischt, so dass der Brennstoffzelle sauberes Druckgas oder dergleichen zugeführt werden kann.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern beinhaltet Modifikationen an den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Ausführungsformen, die aus Kombinationen dieser Ausführungsformen bestehen.
Zum Beispiel beschreiben die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen den mehrstufigen elektrischen Zentrifugalverdichter, aber in anderen Ausführungsformen kann es sich um einen einstufigen elektrischen Zentrifugalverdichter handeln.
In den unter Bezugnahme auf die 6 bis 9 beschriebenen Ausführungsformen beinhaltet der elektrische Zentrifugalverdichter 1 die Lippendichtung 100, die so angeordnet ist, dass sie den Spalt 25 zwischen dem Drehkörper 11 einschließlich der Drehwelle 3 und dem hochdruckstufenseitigen Lagergehäuse 16B an einer Position zwischen dem Dichtungselement 87 und dem hochdruckstufenseitigen Lager 15B in der axialen Richtung X abdichtet. In einer anderen Ausführungsform, zum Beispiel in der in 5 gezeigten Konfiguration, kann der elektrische Zentrifugalverdichter 1 eine Lippendichtung beinhalten, die so angeordnet ist, dass sie den Spalt 38 zwischen dem Drehkörper 11 einschließlich der Drehwelle 3 und dem niederdruckstufenseitigen Lagergehäuse 16A an einer Position zwischen dem Dichtungselement 204 und dem niederdruckstufenseitigen Lager 15A in der axialen Richtung X abdichtet.
Dies verhindert, dass das Fett in dem niederdruckstufenseitigen Lager 15A durch den Spalt 38 oder den Raum 33 in den Strömungsweg in dem niederdruckstufenseitigen Gehäuse 6 austritt, wenn die Drehung der Drehwelle 3 angehalten wird. Dies verhindert, dass sich das Fett mit dem durch den elektrischen Zentrifugalverdichter 1 verdichteten Druckgas mischt, so dass der elektrische Zentrifugalverdichter 1 der Brennstoffzelle sauberes Druckgas oder dergleichen zuführen kann.
Die in den obigen Ausführungsformen beschriebenen Inhalte sind beispielsweise wie folgt zu verstehen.

(1) Ein elektrischer Zentrifugalverdichter (z. B. der oben beschriebene elektrische Zentrifugalverdichter 1) gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet: einen Elektromotor (z. B. den oben beschriebenen Elektromotor 10) mit einer Drehwelle (z. B. der oben beschriebenen Drehwelle 3); ein erstes Laufrad (z. B. das oben beschriebene Niederdruckstufen-Laufrad 4 oder Hochdruckstufen-Laufrad 5), das an einer Endseite der Drehwelle angeordnet ist; ein erstes Lager (z. B. das oben beschriebene niederdruckstufenseitige Lager 15A oder hochdruckstufenseitige Lager 15B), das die Drehwelle an einer Position zwischen dem ersten Laufrad und dem Elektromotor drehbar lagert und ein Schmiermittel (z. B. das oben beschriebene Fett) enthält; und ein erstes Lagergehäuse (z. B. das oben beschriebene niederdruckstufenseitige Lagergehäuse 16A oder hochdruckstufenseitige Lagergehäuse 16B), das das erste Lager aufnimmt. Das erste Lagergehäuse enthält ein Druckgaszufuhrloch (z. B. das oben beschriebene Druckluftzufuhrloch 90 oder Druckluftzufuhrloch 91) zum Zuführen eines Druckgases von außerhalb des ersten Lagergehäuses zu einem Spalt (z. B. dem oben beschriebenen Spalt 25 oder Spalt 38) zwischen einem Drehkörper (z. B. dem oben beschriebenen Drehkörper 11) einschließlich der Drehwelle und dem ersten Lagergehäuse. Ein Auslass (z. B. der oben beschriebene Auslass 90b oder Auslass 91b) des Druckgaszufuhrlochs ist an einer Innenfläche des ersten Lagergehäuses angeordnet und befindet sich zwischen dem ersten Laufrad und dem ersten Lager in einer axialen Richtung der Drehwelle.

Mit dem oben beschriebenen elektrischen Zentrifugalverdichter (1) wird das Druckgas von dem Druckgaszufuhrloch des ersten Lagergehäuses zu dem Spalt zwischen dem Drehkörper und dem ersten Lagergehäuse zugeführt, wodurch eine Leckageströmung von dem Raum, der der Rückfläche des ersten Laufrads benachbart ist, zu dem ersten Lager unterdrückt wird. Dies unterdrückt die Verschlechterung des Schmiermittels in dem ersten Lager, die durch die Leckageströmung verursacht wird, wodurch die Haltbarkeit und die Lebensdauer des ersten Lagers verbessert werden.
Zusätzlich wird verhindert, dass das Schmiermittel in dem ersten Lager durch den Spalt zwischen dem Drehkörper und dem ersten Lagergehäuse oder den Raum, der der Rückfläche des ersten Laufrads benachbart ist, zu dem Hauptströmungsweg in dem ersten Laufrad austritt. Dies verhindert, dass sich das Schmiermittel mit dem durch den elektrischen Zentrifugalverdichter verdichteten Druckgas mischt, so dass der elektrische Zentrifugalverdichter sauberes Druckgas abgeben kann. Da im Vergleich zu dem Fall, in dem ein Luftlager verwendet wird, um sauberes Druckgas zu erzeugen, verhindert wird, dass sich das Schmiermittel selbst unter Verwendung des ersten Lagers, das das Schmiermittel enthält, mit dem erzeugten Druckgas mischt, kann die Struktur von Teilen um das erste Lager herum vereinfacht werden und somit die Größe und das Gewicht des elektrischen Zentrifugalverdichters verringert werden.
(2) In einigen Ausführungsformen beinhaltet der oben unter (1) beschriebene elektrische Zentrifugalverdichter ferner: ein erstes Dichtungselement (z. B. das oben beschriebene Dichtungselement 86 oder Dichtungselement 202), das so angeordnet ist, dass es den Spalt an einer Position zwischen dem ersten Laufrad und dem Auslass des Druckgaszufuhrlochs in der axialen Richtung abdichtet; und ein zweites Dichtungselement (z. B. das oben beschriebene Dichtungselement 87, Dichtungselement 88 oder Dichtungselement 204), das so angeordnet ist, dass es den Spalt an einer Position zwischen dem Auslass des Druckgaszufuhrlochs und dem ersten Lager in der axialen Richtung abdichtet.
Mit dem oben unter (2) beschriebenen elektrischen Zentrifugalverdichter ist im Spalt zwischen dem Drehkörper und dem ersten Lagergehäuse der Auslass des Druckgaszufuhrlochs im Raum zwischen dem ersten Dichtungselement und dem zweiten Dichtungselement vorgesehen. Somit wird eine Leckageströmung von dem Raum, der der Rückfläche des ersten Laufrads benachbart ist, zu dem ersten Lager wirksam unterdrückt, und wird wirksam verhindert, dass das Schmiermittel in dem ersten Lager durch den Spalt zwischen dem Drehkörper und dem ersten Lagergehäuse oder den Raum, der der Rückfläche des ersten Laufrads benachbart ist, zu dem Hauptströmungsweg in dem ersten Laufrad austritt.
(3) In einigen Ausführungsformen beinhaltet der oben unter (2) beschriebene elektrische Zentrifugalverdichter ferner ein drittes Dichtungselement (z. B. das vorstehend beschriebene Dichtungselement 88), das so angeordnet ist, dass es den Spalt an einer Position zwischen dem zweiten Dichtungselement (z. B. dem vorstehend beschriebenen Dichtungselement 87) und dem ersten Lager in der axialen Richtung abdichtet.
Mit dem oben unter (3) beschriebenen elektrischen Zentrifugalverdichter wird wirksam verhindert, dass das Schmiermittel in dem ersten Lager durch den Spalt zwischen dem Drehkörper und dem ersten Lagergehäuse oder den Raum, der der Rückfläche des ersten Laufrads benachbart ist, zu dem Hauptstrom in dem ersten Laufrad austritt.
(4) In einigen Ausführungsformen beinhaltet der oben unter (2) oder (3) beschriebene elektrische Zentrifugalverdichter ferner eine Druckgaseinleitungsleitung (z. B. die vorstehend beschriebene Drucklufteinleitungsleitung 26 oder Drucklufteinleitungsleitung 29), die konfiguriert ist, um das Druckgas in einen Einlass (z. B. den vorstehend beschriebenen Einlass 90a oder Einlass 91a) des Druckgaszufuhrlochs einzuleiten, so dass ein Druck in einem Raum des Spalts zwischen dem ersten Dichtungselement und dem zweiten Dichtungselement größer als ein Druck in einem Raum (z. B. dem vorstehend beschriebenen Raum 24 oder Raum 33) des Spalts benachbart zu einer Rückfläche des ersten Laufrads ist.
Mit dem oben unter (4) beschriebenen elektrischen Zentrifugalverdichter ist es möglich, eine Leckageströmung von dem Raum, der der Rückfläche des ersten Laufrads benachbart ist, zu dem ersten Lager wirksam zu unterdrücken, da der Druck in dem Raum des Spalts zwischen dem ersten Dichtungselement und dem zweiten Dichtungselement größer als der Druck in dem Raum benachbart zu der Rückfläche des ersten Laufrads ist.
(5) In einigen Ausführungsformen beinhaltet der oben unter (2) bis (4) beschriebene elektrische Zentrifugalverdichter ferner eine Lippendichtung (z. B. die vorstehend beschriebene Lippendichtung 100), die so angeordnet ist, dass sie den Spalt an einer Position zwischen dem zweiten Dichtungselement und dem ersten Lager in der axialen Richtung abdichtet.
Mit dem oben unter (5) beschriebenen elektrischen Zentrifugalverdichter wird wirksam verhindert, dass das Schmiermittel in dem ersten Lager durch den Spalt oder den Raum, der der Rückfläche des Laufrads benachbart ist, zu dem Hauptstrom in dem ersten Laufrad austritt, wenn die Drehung der Drehwelle angehalten wird.
(6) In einigen Ausführungsformen ist in dem oben unter (5) beschriebenen elektrischen Zentrifugalverdichter ein Basisendabschnitt (z. B. der vorstehend beschriebene Basisendabschnitt 100a) der Lippendichtung an dem ersten Lagergehäuse befestigt und ein Spitzenendabschnitt (z. B. der vorstehend beschriebene Spitzenendabschnitt 100b) der Lippendichtung ist konfiguriert, um mit einer äußeren Umfangsfläche des Drehkörpers in Kontakt zu kommen.
Mit dem oben unter (6) beschriebenen elektrischen Zentrifugalverdichter wird wirksam verhindert, dass das Schmiermittel in dem ersten Lager durch den Spalt oder den Raum, der der Rückfläche des Laufrads benachbart ist, zu dem Hauptstrom in dem ersten Laufrad austritt, wenn die Drehung der Drehwelle angehalten wird.
(7) In einigen Ausführungsformen beinhaltet der oben unter (6) beschriebene elektrische Zentrifugalverdichter ferner einen Elektromagnet (z. B. den vorstehend beschriebenen Elektromagnet 220) zum Trennen des Spitzenendabschnitts der Lippendichtung von der äußeren Umfangsfläche des Drehkörpers.
Mit dem oben unter (7) beschriebenen elektrischen Zentrifugalverdichter ist es durch Anlegen von Strom an den Elektromagnet, um den Spitzenendabschnitt der Lippendichtung von der Außenumfangsfläche des Drehkörpers zu trennen, möglich, die erhöhte Last auf den Elektromotor aufgrund des Gleitens der Lippendichtung gegen die Außenumfangsfläche des Drehkörpers zu unterdrücken.
(8) In einigen Ausführungsformen beinhaltet der oben unter (7) beschriebene elektrische Zentrifugalverdichter: eine Stromversorgungseinheit (z. B. die vorstehend beschriebene Stromversorgungseinheit 222), die konfiguriert ist, um Strom an den Elektromagnet anzulegen; einen Drehzahlsensor (z. B. den vorstehend beschriebenen Drehzahlsensor 224) zum Messen der Drehzahl der Drehwelle; und ein Stromversorgungssteuerteil (z. B. das vorstehend beschriebene Stromversorgungssteuerteil 226) zum Steuern der Stromversorgungseinheit. Das Stromversorgungssteuerteil ist konfiguriert, um Strom an den Elektromagnet anzulegen, basierend auf der Drehzahl der Drehwelle, die durch den Drehzahlsensor gemessen wird.
Mit dem oben unter (8) beschriebenen elektrischen Zentrifugalverdichter ist es durch Anlegen von Strom an den Elektromagnet basierend auf der Drehzahl der Drehwelle möglich, die erhöhte Last auf den Elektromotor gemäß der Drehzahl der Drehwelle zu unterdrücken.
(9) In einigen Ausführungsformen ist in dem oben unter (8) beschriebenen elektrischen Zentrifugalverdichter das Stromversorgungssteuerteil konfiguriert, um Strom an den Elektromagnet anzulegen, um den Spitzenendabschnitt der Lippendichtung von der äußeren Umfangsfläche des Drehkörpers zu trennen, wenn die Drehzahl der Drehwelle, die durch den Drehzahlsensor gemessen wird, einen Referenzwert überschreitet.
Mit dem oben unter (9) beschriebenen elektrischen Zentrifugalverdichter ist es möglich, die erhöhte Last auf den Elektromotor, die durch Kontakt zwischen dem Spitzenendabschnitt der Lippendichtung und der äußeren Umfangsfläche des Drehkörpers verursacht wird, effektiv zu unterdrücken, wenn die Drehzahl der Drehwelle größer als der Referenzwert ist.
(10) In einigen Ausführungsformen enthält in einem der obigen (2) bis (9) beschriebenen elektrischen Zentrifugalverdichter das erste Lagergehäuse ein Spülloch (z. B. das vorstehend beschriebene Spülloch 92 oder Spülloch 93) zum Abgeben des Druckgases, das vom Druckgaszufuhrloch zum Spalt zugeführt wird, nach außerhalb des ersten Lagergehäuses. Ein Einlass (z. B. der vorstehend beschriebene Einlass 92a oder Einlass 93a) des Spüllochs ist an der Innenfläche des ersten Lagergehäuses angeordnet und befindet sich zwischen dem ersten Laufrad und dem ersten Lager in der axialen Richtung.
Mit dem oben unter (10) beschriebenen elektrischen Zentrifugalverdichter wird das Druckgas, das dem Spalt zwischen dem Drehkörper und dem ersten Lagergehäuse zugeführt wird, durch das Spülloch nach außerhalb des ersten Lagergehäuses abgegeben, so dass das Druckgas, das dem Spalt zugeführt wird, daran gehindert wird, in das Innere des ersten Lagers einzutreten. Dies unterdrückt die Verschlechterung des Schmiermittels in dem ersten Lager, wodurch die Haltbarkeit und die Lebensdauer des ersten Lagers verbessert werden.
(11) In einigen Ausführungsformen enthält das erste Lager in dem unter (10) beschriebenen elektrischen Zentrifugalverdichter einen Innenring (z. B. den vorstehend beschriebenen Innenring 94 oder Innenring 212), einen Außenring (z. B. den vorstehend beschriebenen Außenring 95 oder Außenring 213), mehrere Wälzkörper (z. B. die vorstehend beschriebene Vielzahl von Kugeln 96 oder Vielzahl von Kugeln 214), die zwischen dem Innenring und dem Außenring gehalten werden, und ein Paar ringförmige Dichtplatten (z. B. das vorstehend beschriebene Paar ringförmige Dichtplatten 97 oder Paar ringförmige Dichtplatten 215), die sich auf beiden Seiten der Wälzkörper in der axialen Richtung befinden und durch den Außenring gehalten werden. Wenn ein ringförmiger Spalt, der zwischen dem Innenring und einer ringförmigen Dichtplatte des Paars ringförmiger Dichtplatten näher am ersten Laufrad ausgebildet ist, als ein Dichtplattenspalt definiert ist (z. B. der vorstehend beschriebene Dichtplattenspalt 98 oder Dichtplattenspalt 216), ist eine Wegquerschnittsfläche des Spüllochs größer als eine Querschnittsfläche des Dichtplattenspalts senkrecht zur axialen Richtung.
Mit dem oben unter (11) beschriebenen elektrischen Zentrifugalverdichter wird, da das Spülloch eine größere Wegquerschnittsfläche als die Querschnittsfläche des Dichtplattenspalts aufweist, die Strömung des Druckgases, das dem Spalt zwischen dem Drehkörper und dem ersten Lagergehäuse zugeführt wird, in das Spülloch gefördert, und das Druckgas wird daran gehindert, durch den Spalt zwischen dem Drehkörper und dem ersten Lagergehäuse in das Innere des ersten Lagers einzutreten. Dies unterdrückt die Verschlechterung des Schmiermittels in dem ersten Lager, wodurch die Haltbarkeit und die Lebensdauer des ersten Lagers verbessert werden.
(12) In einigen Ausführungsformen beinhaltet der oben unter (10) oder (11) beschriebene elektrische Zentrifugalverdichter ferner eine Unterdruckpumpe (z. B. die vorstehend beschriebene Unterdruckpumpe 230) zum Absaugen eines Gases aus dem Spülloch.
Mit dem oben unter (12) beschriebenen elektrischen Zentrifugalverdichter wird durch Betreiben der Unterdruckpumpe, um die Luft im Inneren des ersten Lagergehäuses aus dem Spülloch abzusaugen, wenn der Elektromotor gestoppt ist, wirksam verhindert, dass das Schmiermittel in dem ersten Lager durch den Spalt zwischen dem Drehkörper und dem ersten Lagergehäuse oder den Raum, der der Rückfläche des ersten Laufrads benachbart ist, zu dem Hauptstrom in dem ersten Laufrad austritt.
(13) In einigen Ausführungsformen beinhaltet der oben unter (12) beschriebene elektrische Zentrifugalverdichter ferner ein Pumpensteuerteil (z. B. das vorstehend beschriebene Pumpensteuerteil 236) zum Steuern der Unterdruckpumpe. Das Pumpensteuerteil ist konfiguriert, um die Unterdruckpumpe zu betreiben, wenn der Elektromotor gestoppt ist.
Mit dem oben unter (13) beschriebenen elektrischen Zentrifugalverdichter wird durch automatisches Betreiben der Unterdruckpumpe, um die Luft im Inneren des ersten Lagergehäuses aus dem Spülloch abzusaugen, wenn der Elektromotor gestoppt ist, wirksam verhindert, dass das Schmiermittel in dem ersten Lager durch den Spalt zwischen dem Drehkörper und dem ersten Lagergehäuse oder den Raum, der der Rückfläche des ersten Laufrads benachbart ist, zu dem Hauptstrom in dem ersten Laufrad austritt.
(14) In einigen Ausführungsformen ist der oben unter (1) bis (13) beschriebene elektrische Zentrifugalverdichter ein mehrstufiger elektrischer Zentrifugalverdichter und beinhaltet: ein zweites Laufrad (z. B. das oben beschriebene Niederdruckstufen-Laufrad 4 oder Hochdruckstufen-Laufrad 5), das an einer anderen Endseite der Drehwelle angeordnet ist; ein zweites Lager (z. B. das oben beschriebene niederdruckstufenseitige Lager 15A oder hochdruckstufenseitige Lager 15B), das die Drehwelle an einer Position zwischen dem zweiten Laufrad und dem Elektromotor drehbar lagert und ein Schmiermittel (z. B. das oben beschriebene Fett) enthält; und ein zweites Lagergehäuse (z. B. das oben beschriebene niederdruckstufenseitige Lagergehäuse 16A oder hochdruckstufenseitige Lagergehäuse 16B), das das zweite Lager aufnimmt. Das zweite Lagergehäuse enthält ein Druckgaszufuhrloch (z. B. das oben beschriebene Druckluftzufuhrloch 90 oder Druckluftzufuhrloch 91) zum Zuführen eines Druckgases zu einem Spalt (z. B. dem oben beschriebenen Spalt 25 oder Spalt 38) zwischen einem Drehkörper einschließlich der Drehwelle und dem zweiten Lagergehäuse. Ein Auslass (z. B. der oben beschriebene Auslass 90b oder Auslass 91b) des Druckgaszufuhrlochs befindet sich zwischen dem zweiten Laufrad und dem zweiten Lager in der axialen Richtung.
Mit dem oben beschriebenen elektrischen Zentrifugalverdichter (14) wird das Druckgas von dem Druckgaszufuhrloch des zweiten Lagergehäuses zu dem Spalt zwischen dem Drehkörper und dem zweiten Lagergehäuse zugeführt, wodurch eine Leckageströmung von dem Raum, der der Rückfläche des zweiten Laufrads benachbart ist, zu dem zweiten Lager unterdrückt wird. Dies unterdrückt die Verschlechterung des Schmiermittels in dem zweiten Lager, die durch die Leckageströmung verursacht wird, wodurch die Haltbarkeit und die Lebensdauer des zweiten Lagers verbessert werden.
Zusätzlich wird verhindert, dass das Schmiermittel in dem zweiten Lager durch den Spalt zwischen dem Drehkörper und dem zweiten Lagergehäuse oder den Raum, der der Rückfläche des zweiten Laufrads benachbart ist, zu dem Hauptströmungsweg in dem zweiten Laufrad austritt. Dies verhindert, dass sich das Schmiermittel mit dem durch den elektrischen Zentrifugalverdichter verdichteten Druckgas mischt, so dass der elektrische Zentrifugalverdichter sauberes Druckgas abgeben kann.
(15) In einigen Ausführungsformen beinhaltet der oben unter (14) beschriebene elektrische Zentrifugalverdichter ein Niederdruckstufen-Gehäuse (z. B. das vorstehend beschriebene Niederdruckstufen-Gehäuse 6), das das erste Laufrad aufnimmt; ein Hochdruckstufen-Gehäuse (z. B. das vorstehend beschriebene Hochdruckstufen-Gehäuse 7), das das zweite Laufrad aufnimmt; und ein Verbindungsrohr (z. B. das vorstehend beschriebene Verbindungsrohr 8) zum Zuführen eines Druckgases, das durch das erste Laufrad verdichtet wird, zu dem Hochdruckstufen-Gehäuse. Das Hochdruckstufen-Gehäuse weist eine Hochdruckstufen-Eintrittsöffnung (z. B. die vorstehend beschriebene Hochdruckstufen-Eintrittsöffnung 71) auf, die sich in einer Richtung öffnet, die eine Achse der Drehwelle schneidet. Das Verbindungsrohr ist mit der Hochdruckstufen-Eintrittsöffnung verbunden.
Bei dem vorstehend (15) beschriebenen elektrischen Zentrifugalverdichter weist das Hochdruckstufen-Gehäuse die Hochdruckstufen-Eintrittsöffnung auf, die sich in einer Richtung öffnet, die die Achse der Drehwelle schneidet, und das Verbindungsrohr ist mit der Hochdruckstufen-Eintrittsöffnung verbunden. Dementsprechend wird das durch das erste Laufrad mit Druck beaufschlagte Druckgas von der Außenumfangsseite des Hochdruckstufen-Gehäuses durch das Verbindungsrohr in das Hochdruckstufen-Gehäuse zugeführt. In diesem Fall kann im Vergleich zu dem Fall, in dem das Druckgas in das Hochdruckstufen-Gehäuse entlang der axialen Richtung der Drehwelle eingeleitet wird, die Länge des Verbindungsrohrs und des Hochdruckstufen-Gehäuses in der axialen Richtung verkürzt werden. Infolgedessen kann die Länge des mehrstufigen elektrischen Zentrifugalverdichters in der axialen Richtung verkürzt werden, so dass die Größe und das Gewicht des mehrstufigen elektrischen Zentrifugalverdichters verringert werden können. Ferner kann ein hohes Druckverhältnis bei niedrigen Strömungsraten erreicht werden, und ein mehrstufiger elektrischer Zentrifugalverdichter mit ausgezeichneter Schublastbalance kann erreicht werden.
Bezugszeichenliste

1: Elektrischer Zentrifugalverdichter
3: Drehwelle
4: Niederdruckstufen-Laufrad
5: Hochdruckstufen-Laufrad
6: Niederdruckstufen-Gehäuse
7: Hochdruckstufen-Gehäuse
8: Verbindungsrohr
10: Elektromotor
11: Drehkörper
12: Motorstator
13: Rotorbaugruppe
14: Permanentmagnet
15A: niederdruckstufenseitiges Lager
15B: hochdruckstufenseitiges Lager
16A: niederdruckstufenseitiges Lagergehäuse
16B: hochdruckstufenseitiges Lagergehäuse
17: Statorgehäuse
18A: niederdruckstufenseitige Hülse
18B: hochdruckstufenseitige Hülse
19: Druckfeder
21: Druckluftzufuhrleitung
24, 33, 79, 89, 206, 208: Raum
25, 38: Spalt
26, 29: Drucklufteinleitungsleitung
27: Ausgleichsbehälter
28: Verdichter
30, 57: Rückfläche
32: niederdruckstufenseitige Fläche
34, 181: äußere Umfangsfläche
36, 165: Innenfläche
41, 51: Nabe
43, 53: Laufradschaufel
61: Niederdruckstufen-Eintrittsöffnung
62: Niederdruckstufen-Austrittsöffnung
63, 73: Zufuhrkanal
64, 74: Spiralkanal
66: Niederdruckstufen-Laufradkammer
71: Hochdruckstufen-Eintrittsöffnung
72: Hochdruckstufen-Austrittsöffnung
76: Hochdruckstufen-Laufradkammer
81: hochdruckstufenseitiges Verbindungsteil
82: niederdruckstufenseitiges Verbindungsteil
83: Zwischenteil
84: niederdruckstufenseitiges gekrümmtes Teil
85: hochdruckstufenseitiges gekrümmtes Teil
86, 87, 88, 202, 204: Dichtelement
90, 91: Druckluftzufuhrloch
90a, 91a, 92a, 93a: Eintritt
90b, 91b, 92b, 93b: Austritt
92, 93: Spülloch
94, 212: Innenring
95,213: Außenring
96, 214: Kugel
97, 215: ringförmige Dichtplatte
98, 216: Dichtplattenspalt
100: Lippendichtung
100a: Basisendabschnitt
100b: Spitzenendabschnitt
100c: erstes Verbindungsteil
100d: zweites Verbindungsteil
161, 162: Lagerstützfläche
164, 166: Eingriffsfläche
165a: erste Innenfläche
165b: abgestufte Fläche
165c: zweite Innenfläche
167: hochdruckstufenseitige Fläche
168, 170: Außenfläche
181a: großdurchmesser Abschnitt
181b: kleindurchmesser Abschnitt
182, 183, 184, 203, 205: Ringnut
211,264: Abzweigteil
219: Magnetisches Material
220: Elektromagnet
222: Stromversorgungseinheit
224: Drehzahlsensor
226: Stromversorgungssteuerteil
230: Unterdruckpumpe
232, 234: Spülleitung
236: Pumpensteuerteil
261: erstes Rohr
262: zweites Rohr
263: Schaltgerät
291: drittes Rohr
292: Druckminderventil
CA: Achse (der Drehwelle)
X: axiale Richtung
XH: Hochdruckstufenseite (in axiale Richtung)
XL: Niederdruckstufenseite (in axiale Richtung)
Y: radiale Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2021020356 [0002]
JP 2015155696 A [0005]

Claims

Elektrischer Zentrifugalverdichter, umfassend: einen Elektromotor mit einer Drehwelle; ein erstes Laufrad, das an einer Endseite der Drehwelle angeordnet ist; ein erstes Lager, das die Drehwelle an einer Position zwischen dem ersten Laufrad und dem Elektromotor drehbar lagert und ein Schmiermittel enthält; und ein erstes Lagergehäuse, das das erste Lager aufnimmt, wobei das erste Lagergehäuse ein Druckgaszufuhrloch zum Zuführen eines Druckgases von außerhalb des ersten Lagergehäuses zu einem Spalt zwischen einem Drehkörper einschließlich der Drehwelle und dem ersten Lagergehäuse enthält, und wobei ein Auslass des Druckgaszufuhrlochs an einer Innenfläche des ersten Lagergehäuses angeordnet ist und sich zwischen dem ersten Laufrad und dem ersten Lager in einer axialen Richtung der Drehwelle befindet.
Elektrischer Zentrifugalverdichter nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein erstes Dichtungselement, das so angeordnet ist, dass es den Spalt an einer Position zwischen dem ersten Laufrad und dem Auslass des Druckgaszufuhrlochs in der axialen Richtung abdichtet; und ein zweites Dichtungselement, das so angeordnet ist, dass es den Spalt an einer Position zwischen dem Auslass des Druckgaszufuhrlochs und dem ersten Lager in der axialen Richtung abdichtet.
Elektrischer Zentrifugalverdichter nach Anspruch 2, ferner umfassend ein drittes Dichtungselement, das so angeordnet ist, dass es den Spalt an einer Position zwischen dem zweiten Dichtungselement und dem ersten Lager in der axialen Richtung abdichtet.
Elektrischer Zentrifugalverdichter nach Anspruch 2 oder 3, ferner umfassend eine Druckgaseinleitungsleitung, die konfiguriert ist, um das Druckgas in einen Einlass des Druckgaszufuhrlochs einzuleiten, so dass ein Druck in einem Raum des Spalts zwischen dem ersten Dichtungselement und dem zweiten Dichtungselement größer als ein Druck in einem Raum des Spalts benachbart zu einer Rückfläche des ersten Laufrads ist.
Elektrischer Zentrifugalverdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, ferner umfassend eine Lippendichtung, die so angeordnet ist, dass sie den Spalt an einer Position zwischen dem zweiten Dichtungselement und dem ersten Lager in der axialen Richtung abdichtet.
Elektrischer Zentrifugalverdichter nach Anspruch 5, wobei ein Basisendabschnitt der Lippendichtung an dem ersten Lagergehäuse befestigt ist und ein Spitzenendabschnitt der Lippendichtung konfiguriert ist, um mit einer äußeren Umfangsfläche des Drehkörpers in Kontakt zu kommen.
Elektrischer Zentrifugalverdichter nach Anspruch 6, ferner umfassend einen Elektromagnet zum Trennen des Spitzenendabschnitts der Lippendichtung von der äußeren Umfangsfläche des Drehkörpers.
Elektrischer Zentrifugalverdichter nach Anspruch 7, umfassend: eine Stromversorgungseinheit, die konfiguriert ist, um Strom an den Elektromagnet anzulegen; einen Drehzahlsensor zum Messen der Drehzahl der Drehwelle; und ein Stromversorgungssteuerteil zum Steuern der Stromversorgungseinheit, wobei das Stromversorgungssteuerteil konfiguriert ist, um Strom an den Elektromagnet anzulegen, basierend auf der Drehzahl der Drehwelle, die durch den Drehzahlsensor gemessen wird.
Elektrischer Zentrifugalverdichter nach Anspruch 8, wobei das Stromversorgungssteuerteil konfiguriert ist, um Strom an den Elektromagnet anzulegen, um den Spitzenendabschnitt der Lippendichtung von der äußeren Umfangsfläche des Drehkörpers zu trennen, wenn die Drehzahl der Drehwelle, die durch den Drehzahlsensor gemessen wird, einen Referenzwert überschreitet.
Elektrischer Zentrifugalverdichter nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei das erste Lagergehäuse ein Spülloch zum Abgeben des Druckgases, das vom Druckgaszufuhrloch zum Spalt zugeführt wird, nach außerhalb des ersten Lagergehäuses enthält, und wobei ein Einlass des Spüllochs an der Innenfläche des ersten Lagergehäuses angeordnet ist und sich zwischen dem ersten Laufrad und dem ersten Lager in der axialen Richtung befindet.
Elektrischer Zentrifugalverdichter nach Anspruch 10, wobei das erste Lager einen Innenring, einen Außenring, mehrere Wälzkörper, die zwischen dem Innenring und dem Außenring gehalten werden, und ein Paar ringförmige Dichtplatten, die sich auf beiden Seiten der Wälzkörper in der axialen Richtung befinden und durch den Außenring gehalten werden, enthält, und wobei, wenn ein ringförmiger Spalt, der zwischen dem Innenring und einer ringförmigen Dichtplatte des Paars ringförmiger Dichtplatten näher am ersten Laufrad ausgebildet ist, als ein Dichtplattenspalt definiert ist, eine Wegquerschnittsfläche des Spüllochs größer als eine Querschnittsfläche des Dichtplattenspalts senkrecht zur axialen Richtung ist.
Elektrischer Zentrifugalverdichter nach Anspruch 10 oder 11, ferner umfassend eine Unterdruckpumpe zum Absaugen eines Gases aus dem Spülloch.
Elektrischer Zentrifugalverdichter nach Anspruch 12, ferner umfassend ein Pumpensteuerteil zum Steuern der Unterdruckpumpe, wobei das Pumpensteuerteil konfiguriert ist, um die Unterdruckpumpe zu betreiben, wenn der Elektromotor gestoppt ist.
Elektrischer Zentrifugalverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der elektrische Zentrifugalverdichter ein mehrstufiger elektrischer Zentrifugalverdichter ist, wobei der elektrische Zentrifugalverdichter umfasst: ein zweites Laufrad, das an einer anderen Endseite der Drehwelle angeordnet ist; ein zweites Lager, das die Drehwelle an einer Position zwischen dem zweiten Laufrad und dem Elektromotor drehbar lagert und ein Schmiermittel enthält; und ein zweites Lagergehäuse, das das zweite Lager aufnimmt, wobei das zweite Lagergehäuse ein Druckgaszufuhrloch zum Zuführen eines Druckgases zu einem Spalt zwischen dem Drehkörper und dem zweiten Lagergehäuse enthält, und wobei ein Auslass des Druckgaszufuhrlochs des zweiten Lagergehäuses sich zwischen dem zweiten Laufrad und dem zweiten Lager in der axialen Richtung befindet.
Elektrischer Zentrifugalverdichter nach Anspruch 14, umfassend: ein Niederdruckstufen-Gehäuse, das das erste Laufrad aufnimmt; ein Hochdruckstufen-Gehäuse, das das zweite Laufrad aufnimmt; und ein Verbindungsrohr zum Zuführen eines Druckgases, das durch das erste Laufrad verdichtet wird, zu dem Hochdruckstufen-Gehäuse, wobei das Hochdruckstufen-Gehäuse eine Hochdruckstufen-Eintrittsöffnung aufweist, die sich in einer Richtung öffnet, die eine Achse der Drehwelle schneidet, und wobei das Verbindungsrohr mit der Hochdruckstufen-Eintrittsöffnung verbunden ist.