JP2024043954A - 遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心圧縮機の耐久性の向上を図ること。【解決手段】第２インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙７０から第２挿通孔２６に流れ込む空気の速度が、絞り部６１を通過することにより上昇する。これにより、絞り部６１を通過した後の空気の圧力は、絞り部６１を通過する前の空気の圧力よりも低くなる。連通部６２は、絞り部６１を通過した空気の流れ方向に対して交差する方向へ延びている。よって、絞り部６１を通過した空気が連通部６２を介してモータ室１８内へ流れ込み難くなっている。排出通路６３は、絞り部６１を通過した空気の流れ方向に延びている。よって、絞り部６１を通過した空気が排出通路６３に流れ込み易くなっている。したがって、第２インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙７０から第２挿通孔２６に流れ込む空気が、排出通路６３を介して昇圧しながらハウジング１１の外部へ排出され易くなっている。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池スタックに供給される空気を圧縮する遠心圧縮機に関する。

例えば特許文献１に開示されているように、燃料電池スタックに供給される空気を圧縮する遠心圧縮機は、インペラを含む回転体を備えている。インペラは、燃料電池スタックに供給される空気を圧縮する。また、遠心圧縮機は、モータと、ハウジングと、を備えている。モータは、回転体を回転させる。ハウジングは、インペラ室、モータ室、仕切壁、及び吐出室を有している。インペラ室は、インペラを収容する。モータ室は、モータを収容する。仕切壁は、インペラ室とモータ室とを仕切る。吐出室には、インペラによって圧縮された空気が吐出される。吐出室には、燃料電池スタックに空気を供給する供給流路が接続されている。仕切壁には、回転体が挿通される挿通孔が形成されている。

ところで、このような遠心圧縮機においては、遠心圧縮機の耐久性の向上を図るために、モータを冷却することが望まれている。そこで、インペラによって圧縮された空気の一部を、吐出室に吐出された空気の温度よりも低い温度の状態でモータ室内へ導入することにより、モータを冷却することが考えられている。

特開２０１５－１５５６９６号公報

このような遠心圧縮機においては、インペラによって圧縮されて吐出室に吐出される空気の一部が、インペラの背面と仕切壁との間の空隙に流れ込む場合がある。すると、インペラの背面と仕切壁との間の空隙に流れ込んだ空気が、挿通孔を介してモータ室内に侵入してしまう虞がある。インペラによって圧縮されて吐出室に吐出される空気の温度は高い。したがって、インペラによって圧縮されて吐出室に吐出される空気の一部が、挿通孔を介してモータ室内に侵入してしまうと、モータ室内に侵入した空気によってモータが暖められてしまう。その結果、モータを冷却することが困難となる虞がある。すると、遠心圧縮機の耐久性が低下する。

上記課題を解決する遠心圧縮機は、燃料電池スタックに供給される空気を圧縮するインペラを含む回転体と、前記回転体を回転させるモータと、前記インペラを収容するインペラ室、前記モータを収容するモータ室、前記インペラ室と前記モータ室とを仕切るとともに前記回転体が挿通される挿通孔が形成されている仕切壁、及び前記インペラによって圧縮された空気が吐出されるとともに前記燃料電池スタックに前記空気を供給する供給流路が接続されている吐出室を有するハウジングと、を備え、前記インペラによって圧縮された空気の一部を、前記吐出室に吐出された空気の温度よりも低い温度の状態で前記モータ室内へ導入することにより、前記モータを冷却する遠心圧縮機であって、前記挿通孔と前記回転体との間に形成されるとともに前記インペラの背面と前記仕切壁との間の空隙から前記挿通孔に流れ込む空気を絞る絞り部と、前記挿通孔と前記回転体との間に形成されるとともに前記絞り部を通過した空気の流れ方向に対して交差する方向へ延びた後、前記モータ室に連通する連通部と、前記仕切壁に形成されるとともに前記絞り部を通過した空気の流れ方向に延び、前記絞り部を通過した空気を昇圧させつつ前記ハウジングの外部へ排出する排出通路と、を備えている。

これによれば、インペラの背面と仕切壁との間の空隙から挿通孔に流れ込む空気の速度が、絞り部を通過することにより上昇する。これにより、絞り部を通過した後の空気の圧力は、絞り部を通過する前の空気の圧力よりも低くなる。そして、連通部は、絞り部を通過した空気の流れ方向に対して交差する方向へ延びている。したがって、絞り部を通過した空気が連通部を介してモータ室内へ流れ込み難くなっている。そして、排出通路が、絞り部を通過した空気の流れ方向に延びている。よって、絞り部を通過した空気が排出通路に流れ込み易くなっている。したがって、インペラの背面と仕切壁との間の空隙から挿通孔に流れ込む空気が、排出通路を介して昇圧しながらハウジングの外部へ排出され易くなっている。その結果、インペラによって圧縮されて吐出室に吐出される空気の一部が、挿通孔を介してモータ室内に侵入してしまうことが抑制されている。したがって、インペラによって圧縮されて吐出室に吐出される空気の一部が、挿通孔を介してモータ室内に侵入することで、モータ室内に侵入した空気によってモータが暖められてしまうといった問題が生じ難くなる。よって、インペラによって圧縮された空気の一部を、吐出室に吐出された空気の温度よりも低い温度の状態でモータ室内へ導入することにより、モータを効率良く冷却することができる。その結果、遠心圧縮機の耐久性の向上を図ることができる。

上記遠心圧縮機において、前記回転体における前記挿通孔の内側に位置する部分の外周面は、第１外周面と、前記第１外周面よりも前記モータ室寄りに位置するとともに前記第１外周面よりも外径が小さい第２外周面と、前記第１外周面と前記第２外周面とを接続するとともに前記回転体の回転軸線方向に対して交差する方向に延びる第１段差面と、を有し、前記挿通孔の内周面は、前記第１外周面に沿って延びる第１内周面と、前記第２外周面に沿って延びるとともに前記第１内周面よりも内径が小さい第２内周面と、前記第１内周面と前記第２内周面とを接続するとともに前記第１段差面に沿って延びる第２段差面と、を有し、前記絞り部は、前記第１外周面と前記第１内周面との間の隙間であり、前記連通部は、前記第１段差面と前記第２段差面との間の隙間、及び前記第２外周面と前記第２内周面との間の隙間を含み、前記排出通路における前記ハウジングの外部とは反対側の端部は、前記第１外周面と前記第１内周面との間の隙間に対して前記回転軸線方向で対向しているとよい。

このような構成は、挿通孔と回転体との間に形成される絞り部と、挿通孔と回転体との間に形成される連通部と、仕切壁に形成される排出通路と、を備えている遠心圧縮機の構成として好適である。

上記遠心圧縮機において、前記絞り部は、前記空隙から前記挿通孔に流れ込む空気の圧力を前記モータ室内の圧力よりも低くするとよい。
これによれば、絞り部が、インペラの背面と仕切壁との間の空隙から挿通孔に流れ込む空気の圧力をモータ室内の圧力よりも低くする。このため、インペラによって圧縮されて吐出室に吐出される空気の一部が、挿通孔を介してモータ室内に侵入してしまうことをさらに抑制し易くすることができる。

この発明によれば、遠心圧縮機の耐久性の向上を図ることができる。

実施形態における遠心圧縮機の断面図である。 遠心圧縮機の一部分を拡大して示す断面図である。 別の実施形態における遠心圧縮機の一部分を拡大して示す断面図である。

以下、遠心圧縮機を具体化した一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。なお、以下に説明する実施形態の遠心圧縮機は、燃料電池車に搭載されている。遠心圧縮機は、燃料電池スタックに供給される空気を圧縮する。

＜遠心圧縮機１０の基本構成＞
図１に示すように、遠心圧縮機１０は、ハウジング１１を備えている。ハウジング１１は、金属材料製であり、例えば、アルミニウム製である。ハウジング１１は、モータハウジング１２、第１コンプレッサハウジング１３、第２コンプレッサハウジング１４、第１プレート１５、第２プレート１６、及び第３プレート１７を有している。

モータハウジング１２は、筒状に延びている。第１プレート１５は、モータハウジング１２の一方の開口側の端部に連結されている。第１プレート１５は、モータハウジング１２の一方の開口を閉塞している。第２プレート１６は、モータハウジング１２の他方の開口側の端部に連結されている。第２プレート１６は、モータハウジング１２の他方の開口を閉塞している。そして、モータハウジング１２、第１プレート１５，及び第２プレート１６によってモータ室１８が区画されている。したがって、ハウジング１１は、モータ室１８を有している。

遠心圧縮機１０は、モータ２０を備えている。モータ２０は、モータ室１８に収容されている。したがって、モータ室１８は、モータ２０を収容する。モータハウジング１２は、モータ２０を取り囲んでいる。

遠心圧縮機１０は、第１軸受保持部２１を備えている。第１軸受保持部２１は、第１プレート１５の中央部からモータ室１８内に突出している。したがって、第１プレート１５は、第１軸受保持部２１を有している。第１軸受保持部２１は、円筒状である。

第１プレート１５におけるモータハウジング１２とは反対側の端面には、室形成凹部２２が形成されている。室形成凹部２２は、円孔状である。第１軸受保持部２１の内側は、第１プレート１５を貫通して室形成凹部２２の底面に開口している。室形成凹部２２の軸心と第１軸受保持部２１の軸心とは一致している。

第３プレート１７は、第１プレート１５におけるモータハウジング１２とは反対側の端面に連結されている。第３プレート１７の中央部には、第１挿通孔２３が形成されている。第１挿通孔２３の軸心は、室形成凹部２２の軸心、及び第１軸受保持部２１の軸心と一致している。そして、室形成凹部２２と第３プレート１７とによって、スラスト軸受収容室２４が区画されている。スラスト軸受収容室２４は、第１軸受保持部２１の内側に連通している。また、スラスト軸受収容室２４は、第１挿通孔２３に連通している。

遠心圧縮機１０は、第２軸受保持部２５を備えている。第２軸受保持部２５は、第２プレート１６の中央部からモータ室１８内に突出している。したがって、第２プレート１６は、第２軸受保持部２５を有している。第２軸受保持部２５は、円筒状である。

第２プレート１６の中央部には、第２挿通孔２６が形成されている。第２挿通孔２６は、第２軸受保持部２５の内側に連通している。第２挿通孔２６の軸心は、第２軸受保持部２５の軸心と一致している。

第１コンプレッサハウジング１３は、空気が吸入される円孔状の第１吸入口２７を有する筒状である。第１コンプレッサハウジング１３は、第１吸入口２７の軸心が、第１挿通孔２３の軸心と一致した状態で第３プレート１７における第１プレート１５とは反対側の端面に連結されている。第１吸入口２７は、第１コンプレッサハウジング１３における第３プレート１７とは反対側の端面に開口している。第１吸入口２７には、図示しないエアクリーナによって清浄化された空気が流れる。

遠心圧縮機１０は、第１インペラ室２８、第１吐出室２９、及び第１ディフューザ流路３０を備えている。第１インペラ室２８、第１吐出室２９、及び第１ディフューザ流路３０は、第１コンプレッサハウジング１３と第３プレート１７との間に形成されている。したがって、ハウジング１１は、第１インペラ室２８を有している。第１プレート１５及び第３プレート１７は、第１インペラ室２８とモータ室１８とを仕切る仕切壁を構成している。第１インペラ室２８は、第１吸入口２７に連通している。第１吐出室２９は、第１インペラ室２８の周囲で第１吸入口２７の軸心周りに延びている。第１ディフューザ流路３０は、第１インペラ室２８と第１吐出室２９とを連通している。第１インペラ室２８は、第１挿通孔２３に連通している。

遠心圧縮機１０は、第１吐出通路３１を有している。第１吐出通路３１の第１端は、第１吐出室２９に連通している。第１吐出通路３１の第２端は、第１コンプレッサハウジング１３の外周面に開口している。

第２コンプレッサハウジング１４は、空気が吸入される円孔状の第２吸入口３２を有する筒状である。第２コンプレッサハウジング１４は、第２吸入口３２の軸心が、第２挿通孔２６の軸心と一致した状態で第２プレート１６におけるモータハウジング１２とは反対側の端面に連結されている。第２吸入口３２は、第２コンプレッサハウジング１４における第２プレート１６とは反対側の端面に開口している。

遠心圧縮機１０は、第２インペラ室３３、第２吐出室３４、及び第２ディフューザ流路３５を備えている。第２インペラ室３３、第２吐出室３４、及び第２ディフューザ流路３５は、第２コンプレッサハウジング１４と第２プレート１６との間に形成されている。したがって、ハウジング１１は、第２インペラ室３３を有している。第２プレート１６は、第２インペラ室３３とモータ室１８とを仕切る仕切壁を構成している。第２インペラ室３３は、第２吸入口３２に連通している。第２吐出室３４は、第２インペラ室３３の周囲で第２吸入口３２の軸心周りに延びている。第２ディフューザ流路３５は、第２インペラ室３３と第２吐出室３４とを連通している。第２インペラ室３３は、第２挿通孔２６に連通している。

遠心圧縮機１０は、第２吐出通路３６を有している。第２吐出通路３６の第１端は、第２吐出室３４に連通している。第２吐出通路３６の第２端は、第２コンプレッサハウジング１４の外周面に開口している。第２吐出通路３６には、供給配管３７が接続されている。供給配管３７は、燃料電池スタック３８に接続されている。供給配管３７の第１端は、第２吐出通路３６に接続されている。供給配管３７の第２端は、燃料電池スタック３８に接続されている。第２吐出室３４は、第２吐出通路３６及び供給配管３７を介して燃料電池スタック３８に接続されている。

遠心圧縮機１０は、接続配管３９を備えている。接続配管３９の第１端は、第１吐出通路３１に連通している。接続配管３９の第２端は、第２吸入口３２に連通している。接続配管３９内には、第１吐出室２９から第１吐出通路３１に吐出された空気が流れる。そして、接続配管３９内を通過した空気は、第２吸入口３２を介して第２インペラ室３３に吸入される。

遠心圧縮機１０は、回転体４０を備えている。回転体４０は、回転軸４１と、第１インペラ４２と、第２インペラ４３と、支持部４４と、を含む。回転軸４１は、ハウジング１１内に収容されている。

回転軸４１は、モータハウジング１２の軸線に沿って延びた状態で、モータ室１８を横切っている。回転軸４１の軸方向は、モータハウジング１２の軸方向に一致している。回転軸４１の第１端部は、モータ室１８から第１軸受保持部２１の内側、スラスト軸受収容室２４、及び第１挿通孔２３を通過して、第１インペラ室２８内に突出している。したがって、第１挿通孔２３は、回転体４０が挿通される挿通孔である。このように、ハウジング１１は、第１インペラ室２８とモータ室１８とを仕切るとともに回転体４０が挿通される第１挿通孔２３が形成されている仕切壁を有している。

回転軸４１の第２端部は、モータ室１８から第２軸受保持部２５の内側、及び第２挿通孔２６を通過して、第２インペラ室３３内に突出している。したがって、第２挿通孔２６は、回転体４０が挿通される挿通孔である。このように、ハウジング１１は、第２インペラ室３３とモータ室１８とを仕切るとともに回転体４０が挿通される第２挿通孔２６が形成されている仕切壁を有している。

第１インペラ４２は、回転軸４１の第１端に連結されている。第１インペラ４２は、第１インペラ室２８に収容されている。したがって、第１インペラ室２８は、第１インペラ４２を収容する。第１インペラ４２は、回転軸４１と一体的に回転することで第１インペラ室２８に吸入された空気を圧縮する。したがって、第１インペラ４２は、空気を圧縮するインペラである。よって、第１インペラ室２８は、インペラを収容するインペラ室である。

第２インペラ４３は、回転軸４１の第２端に連結されている。第２インペラ４３は、第２インペラ室３３に収容されている。したがって、第２インペラ室３３は、第２インペラ４３を収容する。第２インペラ４３は、回転軸４１と一体的に回転することで第２インペラ室３３に吸入された空気を圧縮する。したがって、第２インペラ４３は、空気を圧縮するインペラである。よって、第２インペラ室３３は、インペラを収容するインペラ室である。したがって、ハウジング１１は、インペラを収容するインペラ室を有している。第２インペラ４３は、第１インペラ４２によって圧縮された後の空気を圧縮する。

支持部４４は、回転軸４１の外周面から環状に突出している。支持部４４は、円板状である。支持部４４は、回転軸４１の外周面から径方向外側へ環状に突出した状態で、回転軸４１の外周面に固定されている。したがって、支持部４４は、回転軸４１とは別体である。支持部４４は、スラスト軸受収容室２４内に配置されている。支持部４４は、回転軸４１と一体的に回転する。

遠心圧縮機１０は、第１シール部材４５を備えている。第１シール部材４５は、第１挿通孔２３と回転軸４１との間に設けられている。第１シール部材４５は、第１インペラ室２８からモータ室１８に向かう空気の洩れを抑制する。第１シール部材４５は、例えば、シールリングである。

遠心圧縮機１０は、第２シール部材４６を備えている。第２シール部材４６は、第２挿通孔２６と回転軸４１との間に設けられている。第２シール部材４６は、第２インペラ室３３からモータ室１８に向かう空気の洩れを抑制する。第２シール部材４６は、例えば、シールリングである。

モータ２０は、筒状のロータ４７と、筒状のステータ４８と、を備えている。ロータ４７は、回転軸４１に固定されている。ステータ４８は、ハウジング１１に固定されている。ロータ４７は、ステータ４８の径方向内側に配置されている。ロータ４７は、回転軸４１と一体的に回転する。ロータ４７は、回転軸４１に固定された円筒状のロータコア４９と、ロータコア４９に設けられた図示しない複数の永久磁石と、を有している。ステータ４８は、ロータ４７を取り囲んでいる。ステータ４８は、円筒状のステータコア５０と、コイル５１と、を有している。ステータコア５０は、モータハウジング１２の内周面に固定されている。コイル５１は、ステータコア５０に巻回されている。

回転軸４１は、図示しないバッテリからコイル５１に電流が流れることによって、ロータ４７と一体的に回転する。したがって、モータ２０は、回転体４０を回転させる。モータ２０は、回転軸４１の軸方向において、第１インペラ４２と第２インペラ４３との間に配置されている。

遠心圧縮機１０は、第１ラジアル軸受５２を備えている。第１ラジアル軸受５２は円筒状である。第１ラジアル軸受５２は、第１軸受保持部２１に保持されている。第１ラジアル軸受５２は、回転軸４１におけるモータ２０よりも回転軸４１の第１端部寄りに位置する部位を回転可能に支持する。

遠心圧縮機１０は、第２ラジアル軸受５３を備えている。第２ラジアル軸受５３は円筒状である。第２ラジアル軸受５３は、第２軸受保持部２５に保持されている。第２ラジアル軸受５３は、回転軸４１におけるモータ２０よりも回転軸４１の第２端部寄りに位置する部位を回転可能に支持する。

第１ラジアル軸受５２及び第２ラジアル軸受５３は、モータ２０を回転軸４１の軸方向で挟んだ両側の位置で回転軸４１をラジアル方向で回転可能に支持する。なお、「ラジアル方向」とは、回転軸４１の軸方向に対して直交する方向である。

遠心圧縮機１０は、スラスト軸受５４を備えている。スラスト軸受５４は、スラスト軸受収容室２４に収容されている。したがって、スラスト軸受収容室２４は、スラスト軸受５４を収容する。スラスト軸受５４は、支持部４４をスラスト方向で回転可能に支持する。したがって、スラスト軸受５４は、支持部４４を介して回転軸４１を回転可能に支持する。なお、「スラスト方向」とは、回転軸４１の軸線方向に対して平行な方向である。

第１吸入口２７を介して第１インペラ室２８に吸入された空気は、第１インペラ４２の回転によって加速されながら、第１ディフューザ流路３０に送り込まれて、第１ディフューザ流路３０を通過することにより昇圧される。そして、第１ディフューザ流路３０を通過した空気は、第１吐出室２９に吐出される。第１吐出室２９に吐出された空気は、第１吐出通路３１に吐出される。第１吐出通路３１に吐出された空気は、接続配管３９及び第２吸入口３２を介して第２インペラ室３３に吸入される。第２インペラ室３３に吸入された空気は、第２インペラ４３の回転によって加速されながら、第２ディフューザ流路３５に送り込まれて、第２ディフューザ流路３５を通過することにより昇圧される。そして、第２ディフューザ流路３５を通過した空気は、第２吐出室３４に吐出される。第２吐出室３４に吐出された空気は、第２吐出通路３６に吐出される。第２吐出通路３６に吐出された空気は、供給配管３７を介して燃料電池スタック３８に供給される。したがって、遠心圧縮機１０は、燃料電池スタック３８に対して空気を供給する。燃料電池スタック３８に供給された空気に含まれる酸素は、燃料電池スタック３８の発電に寄与する。

回転体４０は、燃料電池スタック３８に供給される空気を圧縮する第１インペラ４２及び第２インペラ４３を含む。したがって、回転体４０は、インペラを含む。第２吐出通路３６及び供給配管３７は、燃料電池スタック３８に空気を供給する供給流路５５を構成している。そして、第２吐出室３４は、第２インペラ４３によって圧縮された空気が吐出されるとともに供給流路５５が接続されている吐出室である。したがって、ハウジング１１は、供給流路５５が接続されている吐出室を有している。

遠心圧縮機１０は、導入通路５６を備えている。導入通路５６は、第１プレート１５に形成されている。導入通路５６の第１端は、第１プレート１５の外周面に開口している。導入通路５６の第２端は、スラスト軸受収容室２４に連通している。

導入通路５６の第１端には、分岐配管５７が接続されている。分岐配管５７は、供給配管３７の途中から分岐されている。分岐配管５７の第１端は、供給配管３７に接続されている。分岐配管５７の第２端は、導入通路５６の第１端に接続されている。分岐配管５７の途中には、インタークーラ５８が設けられている。インタークーラ５８は、分岐配管５７内を流れる空気を冷却する。

供給配管３７を流れる空気の一部は、分岐配管５７に流れ込む。分岐配管５７を流れる空気は、インタークーラ５８によって冷却される。これにより、インタークーラ５８を通過した空気は、第２吐出室３４に吐出された空気の温度よりも低い温度となる。そして、インタークーラ５８によって冷却された空気は、導入通路５６、スラスト軸受収容室２４、及び第１軸受保持部２１の内側を通過してモータ室１８内へ導入される。したがって、導入通路５６は、第２インペラ４３によって圧縮された空気の一部を、第２吐出室３４に吐出された空気の温度よりも低い温度の状態でモータ室１８内へ導入する。

遠心圧縮機１０は、排出路５９を備えている。排出路５９は、第２プレート１６に形成されている。排出路５９の第１端は、第２挿通孔２６における第２シール部材４６よりもモータ室１８寄りの部分に連通している。排出路５９の第２端は、第２プレート１６の外周面に開口している。したがって、排出路５９は、ハウジング１１の外部に連通している。そして、モータ室１８内から第２軸受保持部２５の内側を通過して第２挿通孔２６内に流れ込んだ空気は、排出路５９を介してハウジング１１の外部へ排出される。

図２に示すように、第２インペラ４３は、背面４３ａから先端に向かうに従って徐々に縮径した筒状である。第２インペラ４３の背面４３ａは、第２プレート１６に対向している。よって、第２プレート１６は、第２インペラ４３の背面４３ａに対向する対向面１６ａを有している。第２インペラ４３は、貫通孔４３ｈを有している。貫通孔４３ｈの軸線は、第２インペラ４３の回転軸線に一致している。なお、第２インペラ４３の回転軸線は、回転体４０の回転軸線でもある。

第２インペラ４３は、円筒状のボス部６０を有している。ボス部６０は、第２インペラ４３の背面４３ａの中央部から突出している。ボス部６０の内側は、貫通孔４３ｈに連通している。回転軸４１は、ボス部６０の内側及び貫通孔４３ｈを通過している。ボス部６０は、第２挿通孔２６に入り込んでいる。したがって、ボス部６０は、第２挿通孔２６の内側に位置している。ボス部６０は、回転体４０における第２挿通孔２６の内側に位置する部分である。

＜絞り部６１、連通部６２、排出通路６３＞
遠心圧縮機１０は、絞り部６１と、連通部６２と、排出通路６３と、を備えている。ボス部６０の外周面は、第１外周面６４と、第２外周面６５と、第１段差面６６と、を有している。第１外周面６４は、第２インペラ４３の背面４３ａに連続している。第１外周面６４は、回転体４０の回転軸線方向に延びている。

第２外周面６５は、第１外周面６４よりも第２インペラ４３の背面４３ａから離れた位置に配置されている。第２外周面６５は、第１外周面６４よりもモータ室１８寄りに位置している。第２外周面６５は、回転体４０の回転軸線方向に延びている。第２外周面６５は、第１外周面６４よりも外径が小さい。

第１段差面６６は、第１外周面６４と第２外周面６５とを接続している。第１段差面６６は、回転体４０の回転軸線方向に対して直交する方向に延びている。したがって、第１段差面６６は、回転体４０の回転軸線方向に対して交差する方向に延びている。第１段差面６６は、環状である。

第２挿通孔２６の内周面は、第１内周面６７と、第２内周面６８と、第２段差面６９と、を有している。第１内周面６７は、対向面１６ａに連続している。第１内周面６７は、第１外周面６４に沿って延びている。

第２内周面６８は、第１内周面６７よりも対向面１６ａから離れた位置に配置されている。第２内周面６８は、第１内周面６７よりもモータ室１８寄りに位置している。第２内周面６８は、第２外周面６５に沿って延びている。第２内周面６８は、第１内周面６７よりも内径が小さい。

第２段差面６９は、第１内周面６７と第２内周面６８とを接続している。第２段差面６９は、回転体４０の回転軸線方向に対して直交する方向に延びている。したがって、第２段差面６９は、回転体４０の回転軸線方向に対して交差する方向に延びている。第２段差面６９は、環状である。第２段差面６９は、第１段差面６６に沿って延びている。

絞り部６１は、第１外周面６４と第１内周面６７との間の隙間である。したがって、絞り部６１は、第２挿通孔２６と回転体４０との間に形成されている。そして、絞り部６１は、第２インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙７０から第２挿通孔２６に流れ込む空気を絞る。絞り部６１は、空隙７０から第２挿通孔２６に流れ込む空気の圧力をモータ室１８内の圧力よりも低くする。したがって、空隙７０から第２挿通孔２６に流れ込む空気の圧力がモータ室１８内の圧力よりも低くなるように、第１外周面６４と第２内周面６８との間の隙間の流路断面積が設定されている。

第２挿通孔２６は、シール収容孔７１を有している。シール収容孔７１の第１端は、第２外周面６５と第２内周面６８との間の隙間に連通している。シール収容孔７１の第２端は、第２軸受保持部２５の内側に連通している。第２外周面６５と第２内周面６８との間の隙間は、シール収容孔７１及び第２軸受保持部２５の内側を介してモータ室１８に連通している。

連通部６２は、第１段差面６６と第２段差面６９との間の隙間、及び第２外周面６５と第２内周面６８との間の隙間によって形成されている。したがって、連通部６２は、第２挿通孔２６と回転体４０との間に形成されている。連通部６２は、第１段差面６６と第２段差面６９との間の隙間、及び第２外周面６５と第２内周面６８との間の隙間を含む。

第１段差面６６と第２段差面６９との間の隙間は、第１外周面６４と第１内周面６７との間の隙間が延びる方向に対して直交する方向へ延びている。したがって、連通部６２は、絞り部６１を通過した空気の流れ方向に対して直交する方向へ延びた後、モータ室１８に連通する。よって、連通部６２は、絞り部６１を通過した空気の流れ方向に対して交差する方向へ延びた後、モータ室１８に連通する。

排出通路６３は、第２プレート１６に形成されている。排出通路６３は、第２プレート１６の内部を貫通している。排出通路６３は、軸路６３ａと、径路６３ｂと、接続路６３ｃと、を有している。軸路６３ａは、回転体４０の回転軸線方向に延びている。軸路６３ａは、絞り部６１及び連通部６２に連通している。軸路６３ａは、絞り部６１と連通部６２との接続箇所に接続されている。径路６３ｂは、回転体４０の回転軸線方向に対して直交する方向に延びている。径路６３ｂは、第２プレート１６の内部を貫通して、第２プレート１６の外周面に開口している。接続路６３ｃは、軸路６３ａと径路６３ｂとを接続している。接続路６３ｃは、軸路６３ａから離れるにつれて回転体４０の回転軸線に対して離間する方向へ延びて、径路６３ｂに接続されている。

軸路６３ａは、排出通路６３の第１端を形成している。したがって、排出通路６３の第１端は、絞り部６１及び連通部６２に連通している。径路６３ｂにおける接続路６３ｃとは反対側の端部は、排出通路６３の第２端を形成している。したがって、排出通路６３の第２端は、ハウジング１１の外部に連通している。

排出通路６３の第１端は、排出通路６３におけるハウジング１１の外部とは反対側の端部である。排出通路６３の第１端は、第１外周面６４と第１内周面６７との間の隙間に対して回転体４０の回転軸線方向で対向している。よって、排出通路６３の軸路６３ａは、絞り部６１を通過した空気の流れ方向に延びている。

径路６３ｂは、接続路６３ｃから離間するにつれて、流路断面積が徐々に大きくなっている。径路６３ｂを流れる空気は、径路６３ｂを通過する際に減速することにより昇圧される。したがって、径路６３ｂは、絞り部６１を通過してモータ室１８内の圧力よりも低くなった空気の圧力を昇圧させつつ、空気をハウジング１１の外部へ排出する。このように、排出通路６３は、絞り部６１を通過した空気の流れ方向に延び、絞り部６１を通過した空気を昇圧させつつハウジング１１の外部へ排出する。

［実施形態の作用］
次に、本実施形態の作用について説明する。
スラスト軸受５４は、導入通路５６からスラスト軸受収容室２４内に導入された空気によって冷却される。スラスト軸受収容室２４内の空気は、第１軸受保持部２１の内側を通過する。第１ラジアル軸受５２は、第１軸受保持部２１の内側を通過する空気によって冷却される。第１軸受保持部２１の内側を通過した空気は、モータ室１８内へ導入される。モータ２０は、モータ室１８に導入された空気によって冷却される。したがって、遠心圧縮機１０においては、第２インペラ４３によって圧縮された空気の一部を、第２吐出室３４に吐出された空気の温度よりも低い温度の状態でモータ室１８内へ導入することにより、モータ２０を冷却する。モータ室１８内に導入された空気は、第２軸受保持部２５の内側を通過する。第２ラジアル軸受５３は、第２軸受保持部２５の内側を通過する空気によって冷却される。第２軸受保持部２５の内側を通過した空気は、排出路５９を介してハウジング１１の外部へ排出される。

ところで、第２インペラ４３によって圧縮されて第２吐出室３４に吐出される空気の一部が、第２インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙７０に流れ込む場合がある。そして、空隙７０に流れ込んだ空気は、空隙７０から第２挿通孔２６に流れ込む。このとき、空隙７０から第２挿通孔２６に流れ込む空気の速度が、絞り部６１を通過することにより上昇する。これにより、絞り部６１を通過した後の空気の圧力は、絞り部６１を通過する前の空気の圧力よりも低くなる。具体的には、絞り部６１は、空隙７０から第２挿通孔２６に流れ込む空気の圧力をモータ室１８内の圧力よりも低くする。

そして、連通部６２は、絞り部６１を通過した空気の流れ方向に対して交差する方向へ延びている。したがって、絞り部６１を通過した空気が連通部６２を介してモータ室１８内へ流れ込み難くなっている。そして、排出通路６３が、絞り部６１を通過した空気の流れ方向に延びている。よって、絞り部６１を通過した空気が排出通路６３に流れ込み易くなっている。したがって、空隙７０から第２挿通孔２６に流れ込む空気が、排出通路６３を介して昇圧しながらハウジング１１の外部へ排出され易くなっている。その結果、第２インペラ４３によって圧縮されて第２吐出室３４に吐出される空気の一部が、第２挿通孔２６を介してモータ室１８内に侵入してしまうことが抑制されている。

［実施形態の効果］
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）第２インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙７０から第２挿通孔２６に流れ込む空気の速度が、絞り部６１を通過することにより上昇する。これにより、絞り部６１を通過した後の空気の圧力は、絞り部６１を通過する前の空気の圧力よりも低くなる。そして、連通部６２は、絞り部６１を通過した空気の流れ方向に対して交差する方向へ延びている。したがって、絞り部６１を通過した空気が連通部６２を介してモータ室１８内へ流れ込み難くなっている。そして、排出通路６３が、絞り部６１を通過した空気の流れ方向に延びている。よって、絞り部６１を通過した空気が排出通路６３に流れ込み易くなっている。したがって、第２インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙７０から第２挿通孔２６に流れ込む空気が、排出通路６３を介して昇圧しながらハウジング１１の外部へ排出され易くなっている。その結果、第２インペラ４３によって圧縮されて第２吐出室３４に吐出される空気の一部が、第２挿通孔２６を介してモータ室１８内に侵入してしまうことが抑制されている。したがって、第２インペラ４３によって圧縮されて第２吐出室３４に吐出される空気の一部が、第２挿通孔２６を介してモータ室１８内に侵入することで、モータ室１８内に侵入した空気によってモータ２０が暖められてしまうといった問題が生じ難くなる。よって、第２インペラ４３によって圧縮された空気の一部を、第２吐出室３４に吐出された空気の温度よりも低い温度の状態でモータ室１８内へ導入することにより、モータ２０を効率良く冷却することができる。その結果、遠心圧縮機１０の耐久性の向上を図ることができる。

（２）絞り部６１は、第１外周面６４と第１内周面６７との間の隙間である。連通部６２は、第１段差面６６と第２段差面６９との間の隙間、及び第２外周面６５と第２内周面６８との間の隙間を含む。排出通路６３におけるハウジング１１の外部とは反対側の端部は、第１外周面６４と第１内周面６７との間の隙間に対して回転体４０の回転軸線方向で対向している。このような構成は、第２挿通孔２６と回転体４０との間に形成される絞り部６１と、第２挿通孔２６と回転体４０との間に形成される連通部６２と、第２プレート１６に形成される排出通路６３と、を備えている遠心圧縮機１０の構成として好適である。

（３）絞り部６１が、第２インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙７０から第２挿通孔２６に流れ込む空気の圧力をモータ室１８内の圧力よりも低くする。このため、第２インペラ４３によって圧縮されて第２吐出室３４に吐出される空気の一部が、第２挿通孔２６を介してモータ室１８内に侵入してしまうことをさらに抑制し易くすることができる。

［変更例］
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

○ 図３に示すように、ボス部６０の外周面の外径が一定であってもよい。回転体４０は、筒状部材８０を含む。筒状部材８０は、回転軸４１の外周面に固定されている。筒状部材８０は、回転軸４１と一体的に回転する。筒状部材８０の外周面は、ボス部６０の外周面よりも回転軸４１の径方向外側に位置している。ボス部６０における第２インペラ４３の背面４３ａとは反対側の端面は、筒状部材８０の端面８０ａに当接している。

第２挿通孔２６の内周面は、第３内周面８１と、第４内周面８２と、第３段差面８３と、を有している。第３内周面８１は、対向面１６ａに連続している。第３内周面８１は、ボス部６０の外周面に沿って延びている。第４内周面８２は、第３内周面８１よりも対向面１６ａから離れた位置に配置されている。第４内周面８２は、第３内周面８１よりもモータ室１８寄りに位置している。第４内周面８２は、筒状部材８０の外周面に沿って延びている。第４内周面８２は、第３内周面８１よりも内径が大きい。第３段差面８３は、第３内周面８１と第４内周面８２とを接続している。第３段差面８３は、回転体４０の回転軸線方向に対して直交する方向に延びている。第３段差面８３は、筒状部材８０の端面８０ａに沿って延びている。

遠心圧縮機１０は、絞り部８４と、連通部８５と、排出通路８６と、を備えている。絞り部８４は、ボス部６０の外周面と第３内周面８１との間の隙間、及び第３段差面８３と筒状部材８０の端面８０ａとの間の隙間によって形成されている。したがって、絞り部８４は、第２挿通孔２６と回転体４０との間に形成されている。そして、絞り部８４は、第２インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙７０から第２挿通孔２６に流れ込む空気を絞る。絞り部８４は、空隙７０から第２挿通孔２６に流れ込む空気の圧力をモータ室１８内の圧力よりも低くする。したがって、空隙７０から第２挿通孔２６に流れ込む空気の圧力がモータ室１８内の圧力よりも低くなるように、ボス部６０の外周面と第３内周面８１との間の隙間、及び第３段差面８３と筒状部材８０の端面８０ａとの間の隙間の流路断面積が設定されている。

連通部８５は、筒状部材８０の外周面と第４内周面８２との間の隙間である。したがって、連通部８５は、第２挿通孔２６と回転体４０との間に形成されている。筒状部材８０の外周面と第４内周面８２との間の隙間は、シール収容孔７１に連通している。筒状部材８０の外周面と第４内周面８２との間の隙間は、第３段差面８３と筒状部材８０の端面８０ａとの間の隙間が延びる方向に対して直交する方向へ延びている。したがって、連通部８５は、絞り部８４を通過した空気の流れ方向に対して直交する方向へ延びた後、モータ室１８に連通する。よって、連通部８５は、絞り部８４を通過した空気の流れ方向に対して交差する方向へ延びた後、モータ室１８に連通する。

排出通路８６は、第２プレート１６に形成されている。排出通路８６は、第２プレート１６の内部を貫通している。排出通路８６は、回転体４０の回転軸線方向に対して直交する方向に延びている。排出通路８６の第１端は、絞り部８４及び連通部８５に連通している。排出通路８６の第１端は、絞り部８４と連通部８５との接続箇所に接続されている。排出通路８６の第２端は、第２プレート１６の外周面に開口している。排出通路８６は、第３段差面８３と筒状部材８０の端面８０ａとの間の隙間に対して回転軸４１の径方向で対向している。よって、排出通路８６は、絞り部８４を通過した空気の流れ方向に延びている。

排出通路８６は、絞り部８４から離間するにつれて、流路断面積が徐々に大きくなっている。排出通路８６を流れる空気は、排出通路８６を通過する際に減速することにより昇圧される。したがって、排出通路８６は、絞り部８４を通過してモータ室１８内の圧力よりも低くなった空気の圧力を昇圧しつつ、空気をハウジング１１の外部へ排出する。このように、排出通路８６は、絞り部８４を通過した空気の流れ方向に延び、絞り部８４を通過した空気を昇圧させつつハウジング１１の外部へ排出する。このような構成は、第２挿通孔２６と回転体４０との間に形成される絞り部８４と、第２挿通孔２６と回転体４０との間に形成される連通部８５と、第２プレート１６に形成される排出通路８６と、を備えている遠心圧縮機１０の構成として好適である。

○ 実施形態において、絞り部６１が、第２インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙７０から第２挿通孔２６に流れ込む空気の圧力をモータ室１８内の圧力よりも低くするように構成されていなくてもよい。要は、絞り部６１は、第２インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙７０から第２挿通孔２６に流れ込む空気を絞る構成であればよい。そして、絞り部６１を通過した後の空気の圧力が、絞り部６１を通過する前の空気の圧力よりも低くなればよい。これによれば、絞り部６１を通過した空気が連通部６２を介してモータ室１８内へ流れ込み難くなる。

○ 実施形態において、第１段差面６６が、回転体４０の回転軸線方向に対して斜めに延びていてもよい。そして、第２段差面６９が、第１段差面６６に沿って、回転体４０の回転軸線方向に対して斜めに延びていてもよい。よって、第１段差面６６と第２段差面６９との間の隙間が、第１外周面６４と第１内周面６７との間の隙間が延びる方向に対して斜めに延びていてもよい。要は、連通部６２は、絞り部６１を通過した空気の流れ方向に対して交差する方向へ延びた後、モータ室１８に連通していればよい。

○ 実施形態において、導入通路５６は、第１インペラ４２によって圧縮された空気の一部をモータ室１８内へ導入してもよい。第１インペラ４２によって圧縮された空気の温度は、第２インペラ４３によって圧縮されて第２吐出室３４に吐出される空気の温度よりも低い。要は、導入通路５６は、第２吐出室３４に吐出された空気の温度よりも低い温度の状態でモータ室１８内へ空気を導入すればよい。

○ 実施形態において、遠心圧縮機１０は、第２インペラ４３を備えていない構成であってもよい。この場合、絞り部６１は、第１インペラ４２の背面と第３プレート１７との間の空隙から第１挿通孔２３に流れ込む空気を絞る。また、排出通路６３は、第３プレート１７の内部を貫通している。

○ 実施形態において、遠心圧縮機１０は、第２インペラ４３に代えて、タービンホイールを備えている構成であってもよい。
○ 実施形態において、遠心圧縮機１０は、燃料電池車に搭載されていなくてもよい。要は、遠心圧縮機１０は、車両に搭載されるものに限定されるものではない。

１０…遠心圧縮機、１１…ハウジング、１５…第１プレート（仕切壁）、１６…第２プレート（仕切壁）、１７…第３プレート（仕切壁）、１８…モータ室、２０…モータ、２３…第１挿通孔（挿通孔）、２６…第２挿通孔（挿通孔）、２８…第１インペラ室（インペラ室）、３３…第２インペラ室（インペラ室）、３４…吐出室である第２吐出室、３８…燃料電池スタック、４０…回転体、４２…第１インペラ（インペラ）、４３…第２インペラ（インペラ）、４３ａ…背面、５５…供給流路、６１，８４…絞り部、６２，８５…連通部、６３，８６…排出通路、６４…第１外周面、６５…第２外周面、６６…第１段差面、６７…第１内周面、６８…第２内周面、６９…第２段差面、７０…空隙。

Claims (3)

1. 燃料電池スタックに供給される空気を圧縮するインペラを含む回転体と、
   前記回転体を回転させるモータと、
   前記インペラを収容するインペラ室、前記モータを収容するモータ室、前記インペラ室と前記モータ室とを仕切るとともに前記回転体が挿通される挿通孔が形成されている仕切壁、及び前記インペラによって圧縮された空気が吐出されるとともに前記燃料電池スタックに前記空気を供給する供給流路が接続されている吐出室を有するハウジングと、を備え、
   前記インペラによって圧縮された空気の一部を、前記吐出室に吐出された空気の温度よりも低い温度の状態で前記モータ室内へ導入することにより、前記モータを冷却する遠心圧縮機であって、
   前記挿通孔と前記回転体との間に形成されるとともに前記インペラの背面と前記仕切壁との間の空隙から前記挿通孔に流れ込む空気を絞る絞り部と、
   前記挿通孔と前記回転体との間に形成されるとともに前記絞り部を通過した空気の流れ方向に対して交差する方向へ延びた後、前記モータ室に連通する連通部と、
   前記仕切壁に形成されるとともに前記絞り部を通過した空気の流れ方向に延び、前記絞り部を通過した空気を昇圧させつつ前記ハウジングの外部へ排出する排出通路と、を備えていることを特徴とする遠心圧縮機。
2. 前記回転体における前記挿通孔の内側に位置する部分の外周面は、
   第１外周面と、
   前記第１外周面よりも前記モータ室寄りに位置するとともに前記第１外周面よりも外径が小さい第２外周面と、
   前記第１外周面と前記第２外周面とを接続するとともに前記回転体の回転軸線方向に対して交差する方向に延びる第１段差面と、を有し、
   前記挿通孔の内周面は、
   前記第１外周面に沿って延びる第１内周面と、
   前記第２外周面に沿って延びるとともに前記第１内周面よりも内径が小さい第２内周面と、
   前記第１内周面と前記第２内周面とを接続するとともに前記第１段差面に沿って延びる第２段差面と、を有し、
   前記絞り部は、前記第１外周面と前記第１内周面との間の隙間であり、
   前記連通部は、前記第１段差面と前記第２段差面との間の隙間、及び前記第２外周面と前記第２内周面との間の隙間を含み、
   前記排出通路における前記ハウジングの外部とは反対側の端部は、前記第１外周面と前記第１内周面との間の隙間に対して前記回転軸線方向で対向していることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 前記絞り部は、前記空隙から前記挿通孔に流れ込む空気の圧力を前記モータ室内の圧力よりも低くすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の遠心圧縮機。

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