JP2018168830A - 遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】オイル導入溝にオイルを効率良く流入させることができる遠心圧縮機を提供すること。
【解決手段】遠心圧縮機が備えるメカニカルシール３４は、挿通孔２８内における固定環３５の外周側に設置されたカートリッジ４６と、カートリッジ４６と増速機ハウジングの一部である閉塞部２６とによって固定環３５の外周側に区画された環状オイル貯留部５６を備える。環状オイル貯留部５６は、高速側シャフト１２の回転軸線方向に沿った両端が閉じられた形状であり、第１分岐路１０７から供給されたオイルが貯留される。また、メカニカルシール３４は、オイル導入溝３６ｂと環状オイル貯留部５６とを連通するようにカートリッジ４６に形成された連通路４７ａを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、メカニカルシールを備える遠心圧縮機に関する。

遠心圧縮機は、回転軸と、回転軸と一体回転するインペラが収容されたインペラ室と、増速機構が収容された増速機室と、をハウジング内に備えるとともに、インペラ室と増速機室とを仕切っている仕切壁部をハウジングの一部に備える。このような遠心圧縮機においては、仕切壁部において回転軸の挿通された挿通孔にはメカニカルシールが設置され、増速機構に供給されたオイルがインペラ室へ流入することを規制している。また、メカニカルシールの外周側には、増速機構へ供給するためのオイルが案内される案内路が区画されている（例えば、特許文献１参照）。

メカニカルシールは、一般に、回転軸と一体回転する回転環と、ハウジングに固定された固定環と、を備える。固定環は、回転環との摺動部を備えるとともに、摺動部のシール面にオイルを導入するためのオイル導入溝を備える。そして、オイル導入溝から摺動部のシール面にオイルが供給され、シール面に正圧が発生して摺動部に油膜を形成して摺動性が向上されるとともに密封性が維持される（例えば、特許文献２参照）。メカニカルシールのオイル導入溝にオイルを流入させる方策として、例えば、特許文献１のように、メカニカルシールの外周側に案内されたオイルをオイル導入溝に流入させることが考えられる。

特開２００５−１４０３０７号公報 国際公開第２０１６／０３５８６０号パンフレット

ところで、メカニカルシールのシール面には、摺動性及び密封性の維持のためにオイルが効率良く供給される必要があり、このためには固定環のオイル導入溝にオイルを効率よく流入させる必要がある。

本発明の目的は、オイル導入溝にオイルを効率良く流入させることができる遠心圧縮機を提供することにある。

上記問題点を解決するための遠心圧縮機は、回転軸と、前記回転軸と一体回転し、前記回転軸の回転に伴って回転することにより空気を圧縮するインペラと、前記インペラが収容されているハウジングと、を備え、前記ハウジング内には、前記インペラを収容したインペラ室と、前記インペラとは異なる部品を収容した空間と前記インペラ室を仕切るとともに前記回転軸が挿通された挿通孔を有する仕切壁部と、前記挿通孔に配設されたメカニカルシールと、前記挿通孔に一端が連通し、該挿通孔にオイルを供給する供給油路と、が設けられており、前記メカニカルシールは、前記回転軸と一体回転する回転環と、前記仕切壁部に固定され、前記回転環との摺動部にシール面を備える固定環と、前記固定環の外周面に一端が開口し、他端が前記シール面に開口する複数のオイル導入溝と、を有しており、前記仕切壁部には、前記挿通孔内における前記固定環の外周側に閉空間形成部材が設置されるとともに、前記閉空間形成部材の外周側に区画され、前記回転軸の回転軸線方向に沿った両端が閉じられた形状であり、前記供給油路から供給されたオイルが貯留される環状オイル貯留部が設けられ、前記閉空間形成部材には、少なくとも一つの前記オイル導入溝の前記一端と前記環状オイル貯留部とを連通する連通路が設けられていることを要旨とする。

これによれば、供給油路から挿通孔に供給されたオイルは環状オイル貯留部に流入する。環状オイル貯留部は回転軸線方向の両端が閉じられた空間であるため、オイルが環状オイル貯留部から回転軸線方向へは流出せず、固定環を全周から囲むように貯留され、固定環の外周側のいずれの位置にもオイルがある状態となる。そして、環状オイル貯留部には連通路が連通しているため、連通路には環状オイル貯留部からオイルが流れ込み、その連通路からオイル導入溝にオイルが、オイル導入溝の位置に関わらず効率良く流入する。その結果、オイル導入溝からシール面にオイルが効率良く供給されてシール面を潤滑させることができる。

また、遠心圧縮機について、前記閉空間形成部材は、前記固定環を収容するとともに前記連通路が形成される筒状の外周壁と、該外周壁の端部から前記外周壁の径方向外側に突出したフランジと、を備え、前記環状オイル貯留部は、前記閉空間形成部材と前記仕切壁部によって区画されていてもよい。

これによれば、閉空間形成部材を挿通孔に挿入するだけで、固定環の外周側に環状オイル貯留部を形成できる。
また、遠心圧縮機について、複数の前記オイル導入溝それぞれに連通するように連通路を複数備えるのが好ましい。

これによれば、各オイル導入溝に連通路からオイルが流入し、シール面を効率良く潤滑できる。

本発明によれば、オイル導入溝にオイルを効率良く流入させることができる。

遠心圧縮機の概略断面図。 メカニカルシールを示す部分拡大断面図。 メカニカルシールを示す部分拡大正面図。 別例のメカニカルシールを示す部分拡大断面図。

以下、遠心圧縮機を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
本実施形態の遠心圧縮機は、燃料電池車両（ＦＣＶ）に搭載される。燃料電池車両は、燃料電池を電力源として走行し、遠心圧縮機は燃料電池に対して圧縮した空気を供給する。

図１に示すように、遠心圧縮機１０は、低速側シャフト１１及び高速側シャフト１２と、低速側シャフト１１を回転させる電動モータ１３と、低速側シャフト１１の回転を増速させて高速側シャフト１２に伝達する増速機構６１と、高速側シャフト１２の回転によって空気を圧縮するインペラ５２とを備える。電動モータ１３や増速機構６１はインペラ５２とは異なる部品である。高速側シャフト１２は、当該高速側シャフト１２の回転軸線方向の両端のうち、電動モータ１３側の一端に配置された第１フランジ１２ａを備えるとともに、第１フランジ１２ａから回転軸線方向に離間して対向配置された第２フランジ１２ｂを備える。低速側シャフト１１及び高速側シャフト１２は、例えば金属で構成されており、詳細には鉄又は鉄の合金で構成されている。

遠心圧縮機１０は、当該遠心圧縮機１０の外郭を構成するハウジング２０を備える。ハウジング２０は、インペラ５２、低速側シャフト１１、高速側シャフト１２、電動モータ１３、及び増速機構６１を収容する。ハウジング２０は、例えば全体として略筒状（詳細には円筒状）である。

ハウジング２０は、電動モータ１３が収容されたモータハウジング２１と、増速機構６１が収容された増速機ハウジング２３と、インペラ５２を収容したコンプレッサハウジング５０とを備える。コンプレッサハウジング５０は、空気が吸入される吸入口５０ａを備え、吸入口５０ａは、ハウジング２０の軸線方向の一端面２０ａに設けられている。吸入口５０ａから見てハウジング２０の軸線方向に、コンプレッサハウジング５０、増速機ハウジング２３及びモータハウジング２１の順に配列されている。

モータハウジング２１は、全体として底部２２を有する筒状（詳細には円筒状）である。増速機ハウジング２３は、底部２４を有する筒状（詳細には円筒状）の本体部２５と、本体部２５の軸線方向において底部２４とは反対側に設けられた閉塞部２６と、を備える。

モータハウジング２１と増速機ハウジング２３とは、モータハウジング２１の開口端が本体部２５の底部２４に突き合わされた状態で連結されている。モータハウジング２１の内面と、本体部２５の底部２４におけるモータハウジング２１側の底面２４ａとによって、電動モータ１３が収容されたモータ収容室Ｓ１が形成されている。当該モータ収容室Ｓ１には低速側シャフト１１が収容されている。

低速側シャフト１１は、回転可能な状態でハウジング２０に支持されている。遠心圧縮機１０は、第１軸受３１を備える。第１軸受３１は、モータハウジング２１の底部２２に設けられており、低速側シャフト１１の第１端部１１ａは、第１軸受３１に支持されている。第１端部１１ａの一部は、第１軸受３１を挿通して、モータハウジング２１の底部２２に挿入されている。

本体部２５の底部２４は、低速側シャフト１１の第１端部１１ａとは反対側の第２端部１１ｂよりも一回り大きく形成された貫通孔２７を備える。遠心圧縮機１０は、貫通孔２７内に第２軸受３２、及び、シール部材３３を備える。低速側シャフト１１の第２端部１１ｂは第２軸受３２に支持されている。シール部材３３は、増速機ハウジング２３内に存在するオイル１４がモータ収容室Ｓ１に流れるのを規制している。低速側シャフト１１の第２端部１１ｂは、本体部２５の貫通孔２７に挿通されており、低速側シャフト１１の一部は、増速機ハウジング２３内に配置されている。

電動モータ１３は、低速側シャフト１１に固定されたロータ４１と、ロータ４１の外側に配置されるものであってモータハウジング２１の内面に固定されたステータ４２とを備える。ロータ４１と低速側シャフト１１とが一体的に回転する。

閉塞部２６は、例えば、増速機ハウジング２３と同一径の円板状である。増速機ハウジング２３は、本体部２５の開口端と閉塞部２６の軸線方向の両板面２６ａ，２６ｂのうち第１板面２６ａとが突き合わされた状態で組み付けられている。閉塞部２６の第１板面２６ａと増速機ハウジング２３の内面とによって、増速機構６１が収容された増速機室Ｓ２が形成されている。

図２に示すように、増速機ハウジング２３を構成する閉塞部２６は、増速機構６１の一部を構成する高速側シャフト１２が挿通された挿通孔２８を備える。挿通孔２８は閉塞部２６の軸線方向に当該閉塞部２６を貫通する。挿通孔２８は、第２板面２６ｂ寄りの第１孔部２８ａと、第１孔部２８ａよりも直径が大きく、かつ第１孔部２８ａよりも第１板面２６ａ寄りの第２孔部２８ｂと、第２孔部２８ｂよりも直径が大きく、かつ第２孔部２８ｂよりも第１板面２６ａ寄りの第３孔部２８ｃと、を備える。第３孔部２８ｃは、第１板面２６ａに開口している。

閉塞部２６は、第１孔部２８ａの内周面と第２孔部２８ｂの内周面とを繋ぐ円環状の面に第１支持面２８ｅを備える。第１支持面２８ｅは、閉塞部２６の軸線方向に直交する。また、閉塞部２６は、第２孔部２８ｂの内周面と第３孔部２８ｃの内周面とを繋ぐ円環状の面に第２支持面２８ｆを備える。第２支持面２８ｆは、閉塞部２６の軸線方向に直交する。高速側シャフト１２の第２フランジ１２ｂは、挿通孔２８内に配置されている。高速側シャフト１２の一部は、挿通孔２８を介してコンプレッサハウジング５０内に配置されている。

遠心圧縮機１０は、挿通孔２８の内面と高速側シャフト１２の周面との間に、増速機ハウジング２３内のオイル１４が挿通孔２８を介してコンプレッサハウジング５０内に流出するのを規制するメカニカルシール３４を備える。メカニカルシール３４は後に詳述する。

図１に示すように、コンプレッサハウジング５０は、軸線方向に貫通したコンプ貫通孔５１を有する略筒状である。コンプレッサハウジング５０の軸線方向の一端面５０ｂがハウジング２０の軸線方向の一端面２０ａを構成しており、コンプ貫通孔５１における上記一端面５０ｂ側にある開口が吸入口５０ａとして機能する。

コンプレッサハウジング５０と閉塞部２６とは、コンプレッサハウジング５０の軸線方向の一端面５０ｂとは反対側の他端面５０ｃと、第２板面２６ｂとが突き合わされた状態で、組み付けられている。コンプ貫通孔５１の内面と閉塞部２６の第２板面２６ｂとによって、インペラ５２が収容されたインペラ室Ｓ３が形成されている。吸入口５０ａとインペラ室Ｓ３とは連通している。増速機室Ｓ２とインペラ室Ｓ３との間に位置する閉塞部２６は、両者を仕切る仕切壁部となる。すなわち、閉塞部２６は、インペラ５２とは異なる部品としての増速機構６１を収容した増速機室Ｓ２とインペラ室Ｓ３とを仕切る。

インペラ５２には、高速側シャフト１２におけるコンプ貫通孔５１内に突出している部分が挿通された状態で、高速側シャフト１２と一体回転するように高速側シャフト１２に取り付けられている。高速側シャフト１２が回転することによってインペラ５２が回転して、吸入口５０ａから吸入された空気が圧縮される。

また、遠心圧縮機１０は、インペラ５２によって圧縮されたエアが流入するディフューザ流路５３と、ディフューザ流路５３を通った流体が流入する吐出室５４とを備える。ディフューザ流路５３は、インペラ室Ｓ３よりも高速側シャフト１２の径方向外側に配置されており、インペラ５２（及びインペラ室Ｓ３）を囲むように環状（詳細には円環状）に形成されている。吐出室５４は、ディフューザ流路５３よりも高速側シャフト１２の径方向外側に配置された環状である。インペラ室Ｓ３と吐出室５４とはディフューザ流路５３を介して連通している。インペラ５２によって圧縮された空気は、ディフューザ流路５３を通ることによって、更に圧縮されて吐出室５４に流れ、当該吐出室５４から吐出される。

次に、増速機構６１について説明する。本実施形態の増速機構６１は、所謂トラクションドライブ式（摩擦ローラ式）である。
増速機構６１は、低速側シャフト１１の第２端部１１ｂに連結されたリング部材６２を備える。リング部材６２は、低速側シャフト１１の第２端部１１ｂに連結された円板状のベース６３と、当該ベース６３の縁部から起立した円環状の環状部６４とを備える。

高速側シャフト１２の一部は、リング部材６２の径方向において、環状部６４の内側に配置されている。増速機構６１は、３つのローラ７１を備える（図１では１つのローラ７１だけ図示）。各ローラ７１は、高速側シャフト１２と環状部６４との間に設けられ、環状部６４及び高速側シャフト１２の双方に当接している。

３つのローラ７１は同一形状である。各ローラ７１は、円柱状のローラ部７２と、ローラ部７２の回転軸線方向の第１端面７２ａから突出する円柱状の第１突起７３と、ローラ部７２の回転軸線方向の第２端面７２ｂから突出する円柱状の第２突起７４と、を備える。複数のローラ７１は、高速側シャフト１２の周方向に間隔を隔てて並んで配置されている。なお、各ローラ７１は例えば金属で構成されており、詳細には高速側シャフト１２と同一金属、例えば鉄又は鉄の合金で構成されている。

増速機構６１は、閉塞部２６と協働して各ローラ７１を回転可能に支持する支持部材８０を備える。支持部材８０は環状部６４内に配置されている。支持部材８０は、環状部６４よりも一回り小さく形成された円板状の支持ベース８１と、支持ベース８１から閉塞部２６に向けて起立した柱状の３つの柱状部材８２とを備える（図１では１つの柱状部材８２のみ図示）。各柱状部材８２は、環状部６４の内周面と、隣り合う２つのローラ部７２の外周面とによって区画された３つの空間を埋める。支持部材８０は、各柱状部材８２のネジ孔８４及び閉塞部２６のネジ穴８５にボルト８３が螺合されることによって閉塞部２６に固定されている。

増速機構６１は、閉塞部２６に配置された第１ローラ軸受７６と、支持ベース８１に配置された第２ローラ軸受７７とを備える。ローラ７１は、第１ローラ軸受７６と第２ローラ軸受７７に支持されることで、閉塞部２６と支持ベース８１とに回転可能に支持されている。

ローラ７１とリング部材６２と高速側シャフト１２とは、ローラ部７２と高速側シャフト１２及び環状部６４とが互いに押し付けあっている状態でユニット化されており、高速側シャフト１２は、３つのローラ部７２によって回転可能に支持されている。ローラ部７２の外周面と環状部６４の内周面との当接箇所、及び、ローラ部７２の外周面と高速側シャフト１２の外周面との当接箇所には、押し付け荷重が付与されている。

なお、ローラ部７２は高速側シャフト１２の第１フランジ１２ａと第２フランジ１２ｂによって回転軸線方向に挟持されている。これにより、高速側シャフト１２の回転軸線方向における高速側シャフト１２とローラ部７２との位置ずれが抑制されている。

遠心圧縮機１０は、増速機構６１及びメカニカルシール３４にオイル１４を供給するためのオイル供給機構１００を備える。オイル供給機構１００は、ポンプ１０１と、オイル流路１０２とを備え、ポンプ１０１の駆動によりオイル流路１０２を通じて増速機室Ｓ２にオイル１４を循環させる。

ポンプ１０１は、モータハウジング２１の底部２２の収容部１０３に設けられている。本実施形態のポンプ１０１は、容積型である。ポンプ１０１は、低速側シャフト１１の第１端部１１ａに連結されている。

オイル流路１０２は、供給路１０５と、循環路１０６とを備える。供給路１０５は、収容部１０３に一端が連通する油路１０９と、油路１０９の他端から分岐した第１分岐路１０７及び第２分岐路１０８とを備える。第１分岐路１０７は、分岐点に位置する開口とは別の開口が挿通孔２８の第２孔部２８ｂに開口している。第２分岐路１０８は、支持部材８０の柱状部材８２において、その外周面のうちローラ部７２に向かい合う位置に開口している。

循環路１０６は、収容部１０３と増速機室Ｓ２とを繋いでいる。遠心圧縮機１０は、増速機ハウジング２３における循環路１０６の連通する箇所が鉛直方向下方に位置する態様で使用される。したがって、増速機ハウジング２３内においては、循環路１０６が連通する箇所に重力によってオイル１４が貯留されることになる。

そして、ポンプ１０１が駆動されると、循環路１０６→収容部１０３→供給路１０５の順にオイル１４が流れ、第１分岐路１０７からメカニカルシール３４にオイル１４が供給される。よって、第１分岐路１０７を含む供給路１０５により、メカニカルシール３４にオイル１４を供給する供給油路が構成され、挿通孔２８の第２孔部２８ｂに連通した供給油路の一端は第１分岐路１０７において、第２孔部２８ｂに開口した端部となる。また、第２分岐路１０８から増速機構６１（ローラ７１）にオイル１４が供給される。

増速機構６１では、ローラ７１が回転すると、ローラ部７２の外周面と環状部６４の内周面とはオイル１４の薄膜を介して接する。同様に、高速側シャフト１２の外周面とローラ部７２の外周面とは固化されたオイル１４の薄膜を介して接する。そして、ローラ７１の回転力が、高速側シャフト１２の外周面とローラ部７２の外周面との間に形成された固化されたオイル１４の薄膜を介して高速側シャフト１２に伝達され、その結果、高速側シャフト１２が回転することとなる。環状部６４は、低速側シャフト１１と同一速度で回転し、各ローラ７１は低速側シャフト１１よりも高速で回転する。更に、ローラ部７２よりも径が短い高速側シャフト１２は、ローラ部７２よりも高速で回転する。以上のことから、増速機６０によって、高速側シャフト１２が低速側シャフト１１よりも高速で回転する。

次に、メカニカルシール３４について説明する。
図２又は図３に示すように、メカニカルシール３４における回転環は、高速側シャフト１２に一体の第２フランジ１２ｂによって構成される。第２フランジ１２ｂは平板リング状である。第２フランジ１２ｂは、高速側シャフト１２と一体回転する。

固定環３５は、高速側シャフト１２よりも一回り大きく形成されたリング形状である。固定環３５は、第２フランジ１２ｂよりもインペラ室Ｓ３寄りに配置されている。固定環３５は、第２フランジ１２ｂに対向した摺動面３６を備える。摺動面３６は内周側にシール面３６ａを備える。固定環３５は、摺動面３６から凹むオイル導入溝３６ｂを複数備える。オイル導入溝３６ｂは、一端が固定環３５の外周面に開口し、他端がシール面３６ａに開口している。複数のオイル導入溝３６ｂは固定環３５の周方向へ等間隔おきに配置されている。各オイル導入溝３６ｂからシール面３６ａにオイル１４が供給され、シール面３６ａを潤滑させる。

固定環３５は、シール面３６ａより径方向外側に正圧発生機構４５を備え、正圧発生機構４５はシール面３６ａから隔離されている。正圧発生機構４５は、グルーブ４５ａ及びレイリーステップ４５ｂを備えたレイリーステップ機構よりなる。正圧発生機構４５のレイリーステップ機構は、固定環３５の周方向に等間隔おきに配置されている。正圧発生機構４５は、固定環３５と第２フランジ１２ｂとの相対回転摺動により正圧を発生させる。

また、固定環３５は、シール面３６ａの外周部において、正圧発生機構４５と径方向に離間するようにして、固定環３５と第２フランジ１２ｂとの相対回転摺動によりオイル１４を外周側に戻すポンピング作用を発生させるポンピング部３７を備える。ポンピング部３７はスパイラル溝３７ａを備える。

そして、正圧発生機構４５は、正圧を発生することにより、相対摺動する固定環３５のシール面３６ａと、第２フランジ１２ｂとの間隔を広げ、導入されたオイル１４による油膜を形成し、摺動性を向上させる。また、ポンピング部３７のスパイラル溝３７ａは、正圧発生機構４５で発生した正圧により低圧側に漏洩しようとするオイル１４を高圧側に排出し、シール面３６ａの密封性を向上させる。

図２に示すように、メカニカルシール３４は、固定環３５を第２フランジ１２ｂに向けて押圧するスプリング３８と、スプリング３８を保持するスプリング保持部３９と、スプリング３８及びスプリング保持部３９ごと固定環３５を覆った状態で当該固定環３５を保持するカートリッジ４６とを備えている。

カートリッジ４６は閉塞部２６に固定された状態で設置されている。カートリッジ４６は、カートリッジ底部４６ａと、カートリッジ底部４６ａから第２フランジ１２ｂに向けて起立した筒状の内周壁４６ｂ及び外周壁４６ｃとを有しており、第２フランジ１２ｂに向けて開口している。また、カートリッジ４６は、外周壁４６ｃの外周面から外周壁４６ｃの径方向外側に突出した形状の肉厚部４７を備え、外周壁４６ｃは肉厚部４７を備える。カートリッジ４６は、肉厚部４７を径方向に貫通する連通路４７ａを複数備える。肉厚部４７は外周壁４６ｃの一部であることから、連通路４７ａは外周壁４６ｃに形成されている。

複数の連通路４７ａは、肉厚部４７（外周壁４６ｃ）の周方向へ等間隔おきに配置されている。複数の連通路４７ａは、固定環３５の各オイル導入溝３６ｂと対応した位置にある。各連通路４７ａは、固定環３５の外周面に開口したオイル導入溝３６ｂの一端と一致した位置にあり、連通路４７ａは、オイル導入溝３６ｂを介してシール面３６ａと連通している。

カートリッジ４６は、肉厚部４７の外周面における連通路４７ａよりも第１板面２６ａ側から径方向に突出した形状のフランジ４７ｂを備える。フランジ４７ｂは、肉厚部４７（外周壁４６ｃ）の端部から径方向外側に突出している。カートリッジ４６は、外周壁４６ｃが挿通孔２８に嵌合されて閉塞部２６、すなわちハウジング２０に固定されている。また、肉厚部４７の厚み方向の両面のうち第２板面２６ｂ寄りの面は第１支持面２８ｅに当接している。さらに、肉厚部４７におけるフランジ４７ｂの厚み方向の両面のうち第２板面２６ｂ寄りの面は第２支持面２８ｆに当接している。

閉塞部２６において、カートリッジ４６の肉厚部４７外周面と、肉厚部４７の外周面に対向した第２孔部２８ｂの内周面と、第１支持面２８ｅのうち肉厚部４７よりも径方向外側の部分と、フランジ４７ｂとで囲まれた空間には、円環状の環状オイル貯留部５６が設けられている。環状オイル貯留部５６は、高速側シャフト１２の回転軸線方向、すなわち閉塞部２６の軸線方向においては第１支持面２８ｅとフランジ４７ｂで閉塞された閉空間である。よって、本実施形態では、カートリッジ４６が閉空間形成部材となる。環状オイル貯留部５６には、オイル流路１０２の第１分岐路１０７が連通し、オイル１４が供給され、オイル１４が充満している。よって、メカニカルシール３４は、円環状の環状オイル貯留部５６によって囲まれている。

環状オイル貯留部５６に貯留されたオイル１４は、カートリッジ４６の連通路４７ａを介して固定環３５の外周側に供給されている。固定環３５の外周側に供給されたオイル１４は、オイル導入溝３６ｂを介してシール面３６ａに供給されている。

固定環３５は、カートリッジ４６によって区画された領域内に配置されている。そして、カートリッジ４６は、高速側シャフト１２の軸線方向に移動可能な状態で、固定環３５を高速側シャフト１２と一体回転しないように保持している。このため、固定環３５は、高速側シャフト１２の軸線方向への移動が許容されている一方、高速側シャフト１２の周方向への移動が規制されている。

スプリング３８及びスプリング保持部３９は、カートリッジ４６のカートリッジ底部４６ａと固定環３５との間に配置されている。スプリング保持部３９は固定環３５と当接しており、スプリング３８は、スプリング保持部３９とカートリッジ底部４６ａとを連結している。これにより、スプリング３８の付勢力がスプリング保持部３９を介して固定環３５に伝達され、当該固定環３５が第２フランジ１２ｂに向けて押圧されている。

なお、固定環３５の内周面の一部が高速側シャフト１２の径方向外側に凹み、且つ、カートリッジ４６の内周壁４６ｂの一部が高速側シャフト１２の径方向内側に凹むことによって形成された隙間には、Ｏリング７８が設けられている。

次に、遠心圧縮機１０の作用を記載する。
遠心圧縮機１０のポンプ１０１が駆動され、第１分岐路１０７から環状オイル貯留部５６にオイル１４が供給され、環状オイル貯留部５６に貯留される。環状オイル貯留部５６のオイル１４は、カートリッジ４６の連通路４７ａ及び固定環３５のオイル導入溝３６ｂを介してシール面３６ａに供給される。

メカニカルシール３４において、正圧発生機構４５は、正圧を発生することにより、相対摺動する固定環３５のシール面３６ａと、第２フランジ１２ｂとの間隔を広げ、油膜を形成し、摺動性を向上させる。また、ポンピング部３７のスパイラル溝３７ａは、高圧側の正圧発生機構４５で発生した正圧により低圧側に漏洩しようとするオイル１４を高圧側に排出し、シール面３６ａの密封性を向上させる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）メカニカルシール３４を囲む閉空間の環状オイル貯留部５６を設けたため、固定環３５を全周から囲むようにオイル１４を貯留させることができる。よって、連通路４７ａには環状オイル貯留部５６からオイル１４が流れ込み、オイル導入溝３６ｂにオイル１４を効率良く流入させることができる。その結果、オイル導入溝３６ｂからシール面３６ａにオイル１４が効率良く供給されてシール面３６ａを潤滑させることができる。また、メカニカルシール３４を閉塞部２６に組付ける際、オイル導入溝３６ｂを第１分岐路１０７に位置合わせする必要がなく、組み付け作業が容易となる。

（２）メカニカルシール３４において、固定環３５、スプリング３８及びスプリング保持部３９を収容するカートリッジ４６を閉空間形成部材とし、カートリッジ４６と閉塞部２６とで環状オイル貯留部５６を区画した。よって、メカニカルシール３４の一部を構成するとともに閉塞部２６に設置するための部材を用いて環状オイル貯留部５６を形成できる。したがって、環状オイル貯留部５６を区画するためにメカニカルシール３４とは別の部材を追加する必要がない。

（３）環状オイル貯留部５６は円環状である。このため、円筒状のカートリッジ４６を円孔状の挿通孔２８に嵌合するだけで、環状オイル貯留部５６を形成することが可能になる。

（４）増速機室Ｓ２には増速機構６１が収容される。増速機構６１には潤滑のためのオイル１４が供給されるため、メカニカルシール３４は、インペラ室Ｓ３へのオイル１４の流出を規制する必要がある。このようなメカニカルシール３４において、環状オイル貯留部５６を設けることでシール面３６ａにオイル１４を効率良く供給しつつ、密封性を向上させることができる。よって、環状オイル貯留部５６を備える構成は、増速機構６１を備えた遠心圧縮機１０に適用するのがより好ましい。

（５）遠心圧縮機１０は燃料電池車両（ＦＣＶ）に搭載され、燃料電池に対して圧縮した空気を供給する。遠心圧縮機１０から燃料電池に供給される空気にオイル１４が含まれると燃料電池の性能低下に繋がるため、燃料電池車両に搭載される遠心圧縮機１０は、インペラ室Ｓ３にオイル１４が流出することを規制するのが重要である。このような遠心圧縮機１０において、環状オイル貯留部５６を設けることでシール面３６ａに効率良くオイル１４を供給してシール面３６ａと第２フランジ１２ｂとの間に油膜を形成して潤滑し、摩耗を抑制する結果、シール性の低下を抑制できる。その結果として、増速機室Ｓ２のオイル１４がメカニカルシール３４を介してインペラ室Ｓ３に流出するのを規制できる。したがって、環状オイル貯留部５６を備える構成は、燃料電池車両に搭載される遠心圧縮機１０に採用するのが好ましい。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 閉空間形成部材は、外周壁とフランジとを別体とした構成でもよく、例えば、閉空間形成部材を、外周壁４６ｃを備えたカートリッジ４６と、フランジを構成する蓋部材９０とで構成されていてもよい。図４に示すように、カートリッジ４６は肉厚部４７やフランジ４７ｂを備えていない。この場合、外周壁４６ｃの先端面と第２支持面２８ｆとを面一とし、第３孔部２８ｃに円環状の蓋部材９０を嵌合して、蓋部材９０を外周壁４６ｃ及び第２支持面２８ｆに支持させる。すると、外周壁４６ｃの外周面と、第２孔部２８ｂの内周面と、第１支持面２８ｅと、蓋部材９０によって閉空間が区画され、この閉空間に環状オイル貯留部５６が形成される。また、外周壁４６ｃに連通路４７ａが形成され、環状オイル貯留部５６とシール面３６ａとは、連通路４７ａ及びオイル導入溝３６ｂを介して環状オイル貯留部５６と連通している。

○ 閉塞部２６によってインペラ室Ｓ３と増速機室Ｓ２を仕切る構成としたが、増速機構６１を備えない遠心圧縮機の場合、閉塞部２６によってインペラ室Ｓ３と仕切られる空間は、インペラ５２とは異なる部品としての電動モータ１３を収容したモータ収容室Ｓ１であってもよい。この場合、インペラ５２が電動モータ１３の回転軸と一体回転する構成であり、電動モータ１３の回転軸が仕切壁部を貫通する。

○ カートリッジ４６は、外周壁４６ｃに連通路４７ａを１つだけ備えていてもよい。
○ ポンプ１０１は、遠心圧縮機１０に内蔵されていなくてもよく、外部ポンプを用いてもよい。

○ ローラ７１の数は複数であればよく、適宜変更してもよい。例えば、４つや５つにしてもよい。
○ 増速機構６１として、くさび作用を利用したものを用いてもよい。この場合、ローラ７１のうち少なくとも１つは、リング部材６２の回転により移動する可動ローラが用いられる。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想につい以下に追記する。
（１）前記遠心圧縮機は燃料電池車両の燃料電池に対して圧縮した空気を供給する遠心圧縮機。

Ｓ２…インペラとは異なる部品を収容した空間としての増速機室、Ｓ３…インペラ室、１４…オイル、２０…ハウジング、２８…挿通孔、３４…メカニカルシール、３５…固定環、３６ａ…シール面、３６ｂ…オイル導入溝、４６…閉空間形成部材としてのカートリッジ、４６ｃ…外周壁、４７ａ…連通路、４７ｂ…フランジ、５２…インペラ、５６…環状オイル貯留部。

Claims (3)

1. 回転軸と、
   前記回転軸と一体回転し、前記回転軸の回転に伴って回転することにより空気を圧縮するインペラと、
   前記インペラが収容されているハウジングと、を備え、
   前記ハウジング内には、前記インペラを収容したインペラ室と、
   前記インペラとは異なる部品を収容した空間と前記インペラ室を仕切るとともに前記回転軸が挿通された挿通孔を有する仕切壁部と、
   前記挿通孔に配設されたメカニカルシールと、
   前記挿通孔に一端が連通し、該挿通孔にオイルを供給する供給油路と、が設けられており、
   前記メカニカルシールは、前記回転軸と一体回転する回転環と、
   前記仕切壁部に固定され、前記回転環との摺動部にシール面を備える固定環と、
   前記固定環の外周面に一端が開口し、他端が前記シール面に開口する複数のオイル導入溝と、を有しており、
   前記仕切壁部には、前記挿通孔内における前記固定環の外周側に閉空間形成部材が設置されるとともに、
   前記閉空間形成部材の外周側に区画され、前記回転軸の回転軸線方向に沿った両端が閉じられた形状であり、前記供給油路から供給されたオイルが貯留される環状オイル貯留部が設けられ、
   前記閉空間形成部材には、少なくとも一つの前記オイル導入溝の前記一端と前記環状オイル貯留部とを連通する連通路が設けられている遠心圧縮機。
2. 前記閉空間形成部材は、前記固定環を収容するとともに前記連通路が形成される筒状の外周壁と、該外周壁の端部から前記外周壁の径方向外側に突出したフランジと、を備え、前記環状オイル貯留部は、前記閉空間形成部材と前記仕切壁部によって区画されている請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 複数の前記オイル導入溝それぞれに連通するように連通路を複数備える請求項１又は請求項２に記載の遠心圧縮機。