JP2024088227A - Centrifugal Compressor - Google Patents
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Abstract
【課題】遠心圧縮機の耐久性の向上を図ること。【解決手段】回転軸41の軸方向におけるインペラ42と第3プレート17との間には、インペラ42の背面42aに対向し、第1挿通孔23と共に回転軸41が挿通される第2挿通孔65を有し、第3プレート17に固定される板状の背面板61が取り付けられている。インペラ42の背面42aに洩れる空気は、背面板61によって、インペラ側流路84に流れる空気と、仕切壁側流路80に流れる空気と、に分流される。第3プレート17には、仕切壁側流路80を流れる空気から第3プレート17への伝熱を促進させる伝熱促進部材90が設けられている。インペラ側流路84を経由し、第2挿通孔65を流れた空気と、伝熱促進部材90によって冷却され、仕切壁側流路80を流れた空気と、が合流した後に第1挿通孔23を通ってモータ室18に流れることによりモータが冷却される。【選択図】図2[Problem] To improve the durability of a centrifugal compressor. [Solution] A plate-shaped back plate 61 is attached between an impeller 42 and a third plate 17 in the axial direction of a rotating shaft 41, facing a back surface 42a of the impeller 42 and having a second insertion hole 65 through which the rotating shaft 41 is inserted together with a first insertion hole 23, and fixed to the third plate 17. Air leaking to the back surface 42a of the impeller 42 is divided by the back plate 61 into air flowing in an impeller-side flow passage 84 and air flowing in a partition-wall-side flow passage 80. The third plate 17 is provided with a heat transfer promotion member 90 that promotes heat transfer from the air flowing in the partition-wall-side flow passage 80 to the third plate 17. The air that has passed through the impeller-side flow passage 84 and flowed through the second insertion hole 65 and the air that has been cooled by the heat transfer promotion member 90 and flowed through the partition-wall-side flow passage 80 join together and then flow through the first insertion hole 23 into the motor chamber 18, thereby cooling the motor. [Selected Figure]
Description
本発明は、遠心圧縮機に関する。 The present invention relates to a centrifugal compressor.
例えば特許文献1に開示されているように、遠心圧縮機は、回転軸と、インペラと、を備えている。インペラは、回転軸と一体的に回転することで流体を圧縮する。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、回転軸を回転させる。ハウジングは、インペラ室、モータ室、及び吐出室を区画する。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。吐出室には、インペラによって圧縮された流体が吐出される。ハウジングは、仕切壁を有している。仕切壁は、インペラ室とモータ室とを仕切る。仕切壁には、回転軸が挿通される挿通孔が形成されている。 For example, as disclosed in Patent Document 1, a centrifugal compressor includes a rotating shaft and an impeller. The impeller compresses the fluid by rotating integrally with the rotating shaft. The centrifugal compressor includes a motor and a housing. The motor rotates the rotating shaft. The housing defines an impeller chamber, a motor chamber, and a discharge chamber. The impeller chamber houses the impeller. The motor chamber houses the motor. The fluid compressed by the impeller is discharged into the discharge chamber. The housing has a partition wall. The partition wall separates the impeller chamber from the motor chamber. The partition wall has an insertion hole through which the rotating shaft is inserted.
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、例えば、インペラによって圧縮された流体の一部をインタークーラで冷却し、吐出室に吐出された流体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が考えられている。 In such centrifugal compressors, it is desirable to cool the motor in order to improve the durability of the centrifugal compressor. For example, it has been considered to cool a portion of the fluid compressed by the impeller in an intercooler and introduce it into the motor chamber at a lower temperature than the temperature of the fluid discharged into the discharge chamber.
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流体の一部が、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流体が、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流体の温度は高い。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流体の一部が、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流体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。 In such centrifugal compressors, some of the fluid compressed by the impeller and discharged into the discharge chamber may flow into the gap between the back surface of the impeller and the partition wall. This may cause the fluid that has flowed into the gap between the back surface of the impeller and the partition wall to enter the motor chamber through the insertion hole. The temperature of the fluid compressed by the impeller and discharged into the discharge chamber is high. Therefore, if some of the fluid compressed by the impeller and discharged into the discharge chamber enters the motor chamber through the insertion hole, the motor will be warmed by the fluid that has entered the motor chamber. As a result, it may become difficult to cool the motor. This may reduce the durability of the centrifugal compressor.
上記課題を解決する遠心圧縮機は、回転軸と、前記回転軸と一体的に回転することで流体を圧縮するインペラと、前記回転軸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、及び前記インペラによって圧縮された流体が吐出される吐出室を区画するハウジングと、を備え、前記ハウジングは、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軸が挿通される第1挿通孔が形成されている仕切壁を有している遠心圧縮機であって、前記回転軸の軸方向における前記インペラと前記仕切壁との間には、前記インペラの背面に対向し、前記第1挿通孔と共に前記回転軸が挿通される第2挿通孔を有し、前記仕切壁に固定される板状の背面板が取り付けられ、前記インペラの背面に洩れる流体は、前記背面板によって、前記インペラの背面と前記背面板との間に形成されるインペラ側流路に流れる流体と、前記背面板と前記仕切壁との間に形成される仕切壁側流路に流れる流体と、に分流され、前記仕切壁には、前記仕切壁側流路を流れる流体から前記仕切壁への伝熱を促進させる伝熱促進部材が設けられ、前記インペラ側流路を経由し、前記第2挿通孔を流れた流体と、前記伝熱促進部材によって冷却され、前記仕切壁側流路を流れた流体と、が合流した後に前記第1挿通孔を通って前記モータ室に流れる。 A centrifugal compressor that solves the above problem includes a rotating shaft, an impeller that rotates integrally with the rotating shaft to compress a fluid, a motor that rotates the rotating shaft, and a housing that defines an impeller chamber that houses the impeller, a motor chamber that houses the motor, and a discharge chamber into which the fluid compressed by the impeller is discharged. The housing is a centrifugal compressor that has a partition wall that separates the impeller chamber from the motor chamber and has a first insertion hole through which the rotating shaft is inserted, and between the impeller and the partition wall in the axial direction of the rotating shaft, a partition wall that faces the back surface of the impeller and through which the rotating shaft is inserted together with the first insertion hole is formed. A plate-shaped back plate is attached to the partition wall, and the fluid leaking to the back of the impeller is divided by the back plate into a fluid flowing in an impeller-side flow passage formed between the back of the impeller and the back plate, and a fluid flowing in a partition-side flow passage formed between the back plate and the partition wall. The partition wall is provided with a heat transfer promotion member that promotes heat transfer from the fluid flowing in the partition-side flow passage to the partition wall. The fluid that flows through the impeller-side flow passage and the second insertion hole and the fluid that is cooled by the heat transfer promotion member and flows through the partition-side flow passage join together and then flow through the first insertion hole to the motor chamber.
これによれば、インペラ側流路を経由し、第2挿通孔を流れた流体と、伝熱促進部材によって冷却され、仕切壁側流路を流れた流体と、が合流した後に第1挿通孔を通ってモータ室に流れることによりモータが冷却される。このようにして、インペラの背面に洩れてモータ室内に侵入する空気を利用して、モータを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。 With this, the fluid that has passed through the impeller-side passage and flowed through the second insertion hole and the fluid that has been cooled by the heat transfer promotion member and flowed through the partition-wall-side passage join together and then flow through the first insertion hole into the motor chamber, thereby cooling the motor. In this way, the motor can be cooled by using the air that leaks behind the impeller and enters the motor chamber. As a result, the durability of the centrifugal compressor can be improved.
上記遠心圧縮機において、前記仕切壁には、前記伝熱促進部材を冷却する冷却水が流れる冷却水通路が形成されているとよい。これによれば、冷却水通路を流れる冷却水によって伝熱促進部材が冷却されるため、仕切壁側流路を流れる流体を伝熱促進部材によって効率良く冷却することができる。 In the centrifugal compressor, the partition wall may be formed with a cooling water passage through which cooling water flows to cool the heat transfer promotion member. In this way, the heat transfer promotion member is cooled by the cooling water flowing through the cooling water passage, so that the fluid flowing through the partition wall side flow path can be efficiently cooled by the heat transfer promotion member.
上記遠心圧縮機において、前記回転軸の軸方向における前記インペラの背面と前記背面板との間隔は、前記背面板と前記仕切壁との間隔よりも小さいとよい。これによれば、仕切壁側流路に流体が流れ込み易くなる。よって、仕切壁側流路を流れる流体を伝熱促進部材によって効率良く冷却することができる。 In the centrifugal compressor, the distance between the back surface of the impeller and the back plate in the axial direction of the rotating shaft is preferably smaller than the distance between the back plate and the partition wall. This makes it easier for the fluid to flow into the partition wall side flow passage. Therefore, the fluid flowing through the partition wall side flow passage can be efficiently cooled by the heat transfer promotion member.
上記遠心圧縮機において、前記伝熱促進部材は、円盤状の金属製のメッシュであるとよい。円盤状の金属製のメッシュは、仕切壁に設けられるとともに仕切壁側流路を流れる流体から仕切壁への伝熱を促進させる伝熱促進部材として好適である。 In the centrifugal compressor, the heat transfer promotion member may be a disk-shaped metal mesh. The disk-shaped metal mesh is suitable as a heat transfer promotion member that is provided on the partition wall and promotes heat transfer from the fluid flowing through the partition wall side flow passage to the partition wall.
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。 This invention makes it possible to improve the durability of the centrifugal compressor.
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流体としての空気を圧縮する。 Below, one embodiment of a centrifugal compressor will be described with reference to Figures 1 and 2. The centrifugal compressor of the embodiment described below is mounted on a fuel cell vehicle. The centrifugal compressor compresses air, which serves as a fluid to be supplied to the fuel cell stack.
<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、金属材料製である。ハウジング11は、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、コンプレッサハウジング13、タービンハウジング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。
<Basic configuration of
As shown in Fig. 1, the
モータハウジング12は、端壁12aと、周壁12bと、を有している。端壁12aは、板状である。周壁12bは、端壁12aの外周部から筒状に延びている。第1プレート15は、モータハウジング12の周壁12b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の周壁12bの開口を閉塞している。そして、モータハウジング12及び第1プレート15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を区画する。
The
第2プレート16は、モータハウジング12の端壁12aの外面に連結されている。第2プレート16は、第2プレート16の厚み方向がモータハウジング12の端壁12aの厚み方向に一致した状態で、モータハウジング12の端壁12aに取り付けられている。
The
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。
The
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軸受保持部21の内側は、モータ室18内に連通している。
The
第1プレート15は、室形成凹部22を有している。室形成凹部22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の軸線と第1軸受保持部21の軸線とは一致している。
The
図2に示すように、第3プレート17は、第1連結面17aと、第2連結面17bと、を有している。第1連結面17aは、第3プレート17の厚み方向の一方に位置する面である。第2連結面17bは、第3プレート17の厚み方向の他方に位置する面である。第3プレート17の第1連結面17a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は、第3プレート17の厚み方向が第1プレート15の厚み方向に一致した状態で、第1プレート15に取り付けられている。そして、室形成凹部22と第3プレート17の第1連結面17a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。
As shown in FIG. 2, the
第2連結面17bの中央部には、通路形成凹部17cが形成されている。通路形成凹部17cは、円孔状である。通路形成凹部17cの底面には、嵌合孔17hが形成されている。嵌合孔17hは円孔状である。嵌合孔17hの軸線と通路形成凹部17cの軸線とは互いに一致している。第3プレート17は、嵌合孔17hの軸線及び通路形成凹部17cの軸線が、室形成凹部22の軸線及び第1軸受保持部21の軸線に一致した状態で、第1プレート15に連結されている。第1軸受保持部21の内側、室形成凹部22の内側、及び嵌合孔17hは、第1挿通孔23を形成している。第1挿通孔23は、モータ室18に連通している。
A passage forming recess 17c is formed in the center of the second connecting
図1に示すように、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、モータハウジング12の端壁12aの中央部からモータ室18内に突出している。したがって、モータハウジング12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軸受保持部25の内側は、モータ室18内に連通している。
As shown in FIG. 1, the
ハウジング11は、挿通孔26を有している。挿通孔26は、モータハウジング12の端壁12aの中央部、及び第2プレート16の中央部を貫通している。挿通孔26は、第2軸受保持部25の内側に連通している。挿通孔26の軸線は、第2軸受保持部25の軸線と一致している。
The
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吸入口27を有する筒状である。コンプレッサハウジング13は、吸入口27の軸線が、第1挿通孔23の軸線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。吸入口27は、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。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。
The
遠心圧縮機10は、インペラ室28、吐出室29、及びディフューザ流路30を備えている。インペラ室28、吐出室29、及びディフューザ流路30は、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、インペラ室28、及び吐出室29を区画する。第1プレート15及び第3プレート17は、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。したがって、ハウジング11は、仕切壁を有している。インペラ室28は、吸入口27に連通している。吐出室29は、インペラ室28の周囲で吸入口27の軸線周りに延びている。ディフューザ流路30は、インペラ室28と吐出室29とを連通している。
The
遠心圧縮機10は、吐出通路31を有している。吐出通路31の第1端は、吐出室29に連通している。吐出通路31の第2端は、コンプレッサハウジング13の外周面に開口している。
The
タービンハウジング14は、空気が吐出される円孔状の吐出口32を有する筒状である。タービンハウジング14は、吐出口32の軸線が、挿通孔26の軸線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。吐出口32は、タービンハウジング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。
The
遠心圧縮機10は、タービン室33、タービンスクロール流路34、及び連通通路35を備えている。タービン室33、タービンスクロール流路34、及び連通通路35は、タービンハウジング14と第2プレート16との間に形成されている。モータハウジング12の端壁12a、及び第2プレート16は、タービン室33とモータ室18とを仕切っている。タービン室33は、吐出口32に連通している。タービンスクロール流路34は、タービン室33の周囲で吐出口32の軸線周りに延びている。連通通路35は、タービン室33とタービンスクロール流路34とを連通している。タービン室33は、挿通孔26に連通している。
The
遠心圧縮機10は、吸入通路36を有している。吸入通路36の第1端は、タービンスクロール流路34に連通している。吸入通路36の第2端は、タービンハウジング14の外周面に開口している。
The
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、インペラ42、タービンホイール43、及び支持部44を含む。したがって、遠心圧縮機10は、回転軸41と、インペラ42と、を備えている。回転軸41は、ハウジング11内に収容されている。
The
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挿通孔23を通過して、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には、回転軸41が挿通されている。このように、ハウジング11は、インペラ室28とモータ室18とを仕切るとともに回転軸41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、及び挿通孔26を通過して、タービン室33内に突出している。
The rotating
図2に示すように、インペラ42は、回転軸41の第1端に連結されている。インペラ42は、インペラ室28に収容されている。したがって、インペラ室28は、インペラ42を収容する。インペラ42は、回転軸41と一体的に回転することでインペラ室28に吸入された空気を圧縮する。
As shown in FIG. 2, the
インペラ42は、背面42aから先端に向かうに従って徐々に縮径した筒状である。インペラ42の背面42aは、第3プレート17に対向している。インペラ42は、貫通孔42hを有している。貫通孔42hの軸線は、インペラ42の回転軸線に一致している。なお、インペラ42の回転軸線は、回転軸41の軸線でもある。
The
インペラ42は、円筒状のボス部42bを有している。ボス部42bは、インペラ42の背面42aの中央部から突出している。ボス部42bの内側は、貫通孔42hに連通している。回転軸41の第1端は、ボス部42bの内側及び貫通孔42hを通過している。ボス部42bは、嵌合孔17hに入り込んでいる。
The
図1に示すように、タービンホイール43は、回転軸41の第2端に連結されている。タービンホイール43は、タービン室33に収容されている。タービンホイール43は、回転軸41と一体的に回転する。
As shown in FIG. 1, the
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。
The
遠心圧縮機10は、シール部材45を備えている。シール部材45は、挿通孔26と回転軸41との間に設けられている。シール部材45は、タービン室33からモータ室18に向かう空気の洩れを抑制する。シール部材45は、例えば、シールリングである。
The
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。
The
回転軸41は、図示しないインバータがバッテリからコイル51に電流が流れるように制御することによって、ロータ47と一体的に回転する。したがって、モータ20は、回転軸41を回転させる。モータ20は、回転軸41の軸方向において、インペラ42とタービンホイール43との間に配置されている。
The rotating
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。
The
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。
The
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。
The first
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。
The
<燃料電池システム55>
上記構成の遠心圧縮機10は、燃料電池車に搭載された燃料電池システム55の一部を構成している。燃料電池システム55は、遠心圧縮機10の他に、燃料電池スタック56と、供給流路57と、排出流路58と、を備えている。燃料電池スタック56は、図示しない複数の電池セルから構成されている。供給流路57は、吐出通路31と燃料電池スタック56とを接続する。排出流路58は、燃料電池スタック56と吸入通路36とを接続する。
<
The
インペラ42が回転すると、吸入口27からインペラ室28に空気が吸入される。インペラ室28に吸入された空気は、インペラ42の回転によって加速されながら、ディフューザ流路30に送り込まれて、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、ディフューザ流路30を通過した空気は、吐出室29に吐出される。したがって、吐出室29には、インペラ42によって圧縮された空気が吐出される。
When the
吐出室29に吐出された空気は、吐出通路31に吐出される。吐出通路31に吐出された空気は、供給流路57を介して燃料電池スタック56に供給される。燃料電池スタック56に供給された空気は、燃料電池スタック56を発電するために使用される。その後、燃料電池スタック56を通過する空気は、燃料電池スタック56の排気として排出流路58へ排出される。
The air discharged into the
燃料電池スタック56の排気は、排出流路58及び吸入通路36を介してタービンスクロール流路34に吸入される。タービンスクロール流路34に吸入される燃料電池スタック56の排気は、連通通路35を通じてタービン室33に導入される。タービンホイール43は、タービン室33に導入された燃料電池スタック56の排気により回転する。回転軸41は、モータ20の駆動による回転に加え、燃料電池スタック56の排気により回転するタービンホイール43の回転によっても回転する。そして、燃料電池スタック56の排気によるタービンホイール43の回転により回転軸41の回転が補助される。タービン室33を通過した排気は、吐出口32から外部へ吐出される。
The exhaust gas from the
遠心圧縮機10は、排出路59を備えている。排出路59は、モータハウジング12の端壁12aに形成されている。排出路59の第1端は、挿通孔26におけるシール部材45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、モータハウジング12の端壁12a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。
The
<背面板61>
図2に示すように、回転軸41の軸方向におけるインペラ42と第3プレート17との間には、第3プレート17に固定される板状の背面板61が取り付けられている。背面板61は、筒部62と、フランジ部63と、を有している。筒部62の内側は、第2挿通孔65になっている。したがって、背面板61は、第2挿通孔65を有している。第2挿通孔65は、第1挿通孔23に連通している。第2挿通孔65には、第1挿通孔23と共に回転軸41が挿通されている。
<
As shown in Fig. 2, a plate-shaped
フランジ部63は、筒部62の外周面における筒部62の軸方向の端部から筒部62の径方向外側へ環状に突出している。フランジ部63は円環状である。フランジ部63における筒部62とは反対側の端面は、インペラ42の背面42aに対向する対向面64になっている。したがって、背面板61は、インペラ42の背面42aに対向する。
The
<冷却水通路70>
第3プレート17には、冷却水通路70が形成されている。冷却水通路70は、第3プレート17における通路形成凹部17cの底面を形成する壁部17dの内部に形成されている。冷却水通路70は、嵌合孔17hの周囲に形成されている。冷却水通路70には、冷却水が流れている。冷却水通路70を流れる冷却水は、第3プレート17を冷却する。
<Cooling
A cooling
<仕切壁側流路80及びインペラ側流路84>
通路形成凹部17cの内側には、背面板61のフランジ部63が配置されている。嵌合孔17hには、背面板61の筒部62が嵌合されている。通路形成凹部17cの内周面とフランジ部63の外周面との間には、環状の第1通路81が形成されている。また、通路形成凹部17cの底面とフランジ部63における対向面64とは反対側の面との間には、第2通路82が形成されている。第2通路82は、第2挿通孔65の周囲に全周に亘って延びている。第1通路81における通路形成凹部17cの開口側に位置する端部は、インペラ42の背面42aの外周部に対向している。第1通路81における通路形成凹部17cの底面側に位置する端部は、第2通路82の外周部に連通している。
<Partition wall
The
筒部62には、連通孔83が複数形成されている。各連通孔83は、筒部62を貫通している。各連通孔83は、第2通路82の内周部と第2挿通孔65とを連通する。第2通路82の外周部は、第1通路81に連通している。第2通路82の内周部は、各連通孔83に連通している。第1通路81、第2通路82、及び各連通孔83は、仕切壁側流路80を構成している。第3プレート17は、背面板61と共に仕切壁側流路80を区画している。仕切壁側流路80は、背面板61と第3プレート17との間に形成されている。仕切壁側流路80は、インペラ42によって圧縮されて吐出室29に吐出される空気の一部を、インペラ42の背面42aと背面板61との間に形成されるインペラ側流路84を迂回して第2挿通孔65の内側に流す。
A plurality of communication holes 83 are formed in the
第1通路81における通路形成凹部17cの開口側に位置する端部は、仕切壁側流路80の入口85になっている。仕切壁側流路80の入口85の開口面積は、インペラ42の背面42aと背面板61の対向面64との間のインペラ側流路84の流路断面積よりも大きい。仕切壁側流路80の入口85は、インペラ側流路84におけるインペラ42の背面42aの外周部に対応する部分に連通している。そして、インペラ室28からインペラ側流路84に向かって流れる空気の一部は、入口85を介して仕切壁側流路80内に流れ込む。回転軸41の軸方向におけるインペラ42の背面42aと背面板61の対向面64との間隔は、回転軸41の軸方向における背面板61のフランジ部63と第3プレート17との間隔よりも小さい。
The end of the first passage 81 located on the opening side of the passage forming recess 17c is the
インペラ42の背面42aに洩れる空気は、背面板61によって、インペラ側流路84に流れる空気と、仕切壁側流路80に流れる空気と、に分流される。仕切壁側流路80を流れる空気は、第2挿通孔65の内側に流れ込む。インペラ側流路84を介して第2挿通孔65の内側に流れ込む空気と、仕切壁側流路80を通過して第2挿通孔65の内側に流れ込む空気とは、第2挿通孔65の内側で合流する。そして、インペラ側流路84を経由し、第2挿通孔65を流れた空気と、仕切壁側流路80を流れた空気と、が第2挿通孔65の内側で合流した後に、合流した空気は第1挿通孔23を通ってモータ室18に流れる。
Air leaking to the
背面板61は、複数のボルト86によって第3プレート17に取り付けられている。具体的には、背面板61のフランジ部63を貫通する各ボルト86が、第3プレート17の通路形成凹部17cの底面にねじ込まれる。これにより、背面板61が第3プレート17に取り付けられている。
The
<伝熱促進部材90>
第3プレート17には、伝熱促進部材90が設けられている。伝熱促進部材90は、円盤状の金属製のメッシュである。金属メッシュは、例えば、ステンレス鋼により形成されている。伝熱促進部材90は、通路形成凹部17cの底面に接触した状態で仕切壁側流路80内に配置されている。したがって、伝熱促進部材90は、第3プレート17に熱的に結合されている。伝熱促進部材90は、各ボルト86によって回転軸41の周方向への移動が規制された状態で仕切壁側流路80内に配置されている。伝熱促進部材90は、第2通路82の外周部から内周部にかけて延びている。伝熱促進部材90は、第2挿通孔65の周囲に全周に亘って延びている。伝熱促進部材90は、第2通路82を流れる空気の熱を第3プレート17に伝達する。
<Heat
The
また、伝熱促進部材90の一部は、各連通孔83の内側に配置されている。伝熱促進部材90における各連通孔83の内側に配置されている部分は、各連通孔83の内周面の一部分に接触している。そして、伝熱促進部材90における各連通孔83の内側に配置されている部分は、背面板61の筒部62を介して第3プレート17に熱的に結合されている。伝熱促進部材90は、各連通孔83を流れる空気の熱を筒部62を介して第3プレート17に伝達する。したがって、伝熱促進部材90は、仕切壁側流路80を流れる空気から第3プレート17への伝熱を促進させる。仕切壁側流路80を流れる空気は、伝熱促進部材90によって冷却される。伝熱促進部材90は、冷却水通路70を流れる冷却水によって冷却されている。したがって、冷却水通路70には、伝熱促進部材90を冷却する冷却水が流れる。
A part of the heat
[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。
インペラ42によって圧縮されて吐出室29に吐出される空気の一部は、インペラ側流路84に流れ込む。このとき、インペラ室28からインペラ側流路84に向かって流れる空気の一部は、入口85を介して仕切壁側流路80内に流れ込む。仕切壁側流路80を流れる空気の熱は、伝熱促進部材90を介して第3プレート17に伝達される。これにより、仕切壁側流路80を流れる空気が伝熱促進部材90を介して第3プレート17に放熱される。第3プレート17に伝達された空気の熱は、冷却水通路70を流れる冷却水にも放熱される。したがって、仕切壁側流路80を流れる空気が冷却される。
[Operation of the embodiment]
Next, the operation of this embodiment will be described.
A portion of the air compressed by the
そして、インペラ側流路84を通過して第2挿通孔65の内側に流れ込む空気と、仕切壁側流路80を通過して第2挿通孔65の内側に流れ込む空気とが合流する。これにより、インペラ側流路84を通過して第2挿通孔65の内側に流れ込む空気が、仕切壁側流路80を通過して第2挿通孔65の内側に流れ込む空気により冷却される。そして、合流した空気が第1挿通孔23を介してモータ室18内に流れることによりモータ20が冷却される。
Then, the air that passes through the impeller
なお、スラスト軸受54は、スラスト軸受収容室24内を通過する空気によって冷却される。さらに、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。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。
The
[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)インペラ側流路84を経由し、第2挿通孔65を流れた空気と、伝熱促進部材90によって冷却され、仕切壁側流路80を流れた空気と、が合流した後に第1挿通孔23を通ってモータ室18に流れることによりモータ20が冷却される。このようにして、インペラ42の背面42aに洩れてモータ室18内に侵入する空気を利用して、モータ20を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。
[Effects of the embodiment]
The above embodiment can provide the following effects.
(1) The air that has passed through the impeller-
(2)冷却水通路70を流れる冷却水によって伝熱促進部材90が冷却されるため、仕切壁側流路80を流れる空気を伝熱促進部材90によって効率良く冷却することができる。
(2) The heat
(3)回転軸41の軸方向におけるインペラ42の背面42aと背面板61の対向面64との間隔は、回転軸41の軸方向における背面板61のフランジ部63と第3プレート17との間隔よりも小さい。これによれば、仕切壁側流路80に空気が流れ込み易くなる。よって、仕切壁側流路80を流れる空気を伝熱促進部材90によって効率良く冷却することができる。
(3) The distance between the
(4)伝熱促進部材90は、円盤状の金属製のメッシュである。円盤状の金属製のメッシュは、第3プレート17に設けられるとともに仕切壁側流路80を流れる空気から第3プレート17への伝熱を促進させる伝熱促進部材90として好適である。
(4) The heat
[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。
[Example of change]
The above embodiment can be modified as follows: The above embodiment and the following modifications can be combined with each other to the extent that no technical contradiction occurs.
○ 実施形態において、伝熱促進部材90は、金属製のメッシュに限らず、例えば、金属製の発泡多孔質体であってもよい。要は、伝熱促進部材90は、仕切壁側流路80を流れる空気から第3プレート17への伝達を促進させることが可能である構成であればよい。
In the embodiment, the heat
○ 実施形態において、回転軸41の軸方向におけるインペラ42の背面42aと背面板61の対向面64との間隔が、回転軸41の軸方向における背面板61のフランジ部63と第3プレート17との間隔以上であってもよい。
In an embodiment, the distance between the
○ 実施形態において、仕切壁側流路80の入口85の開口面積が、インペラ側流路84の流路断面積以下であってもよい。
○ 実施形態において、第2通路82は、第2挿通孔65の周囲に全周に亘って延びていなくてもよい。例えば、第1通路81と各連通孔83とを接続する複数の通路が放射状に延びていてもよい。
In the above embodiment, the opening area of the
In the above embodiment, the
○ 実施形態において、第3プレート17に冷却水通路70が形成されていなくてもよい。
○ 実施形態において、第2挿通孔65の内側にボス部42bが入り込んでおらず、例えば、回転軸41のみが挿通されている構成であってもよい。
In the above embodiment, the cooling
In the above embodiment, the
○ 実施形態において、遠心圧縮機10は、タービンホイール43を備えていない構成であってもよい。
○ 実施形態において、遠心圧縮機10は、タービンホイール43に代えて、インペラを備えている構成であってもよい。つまり、遠心圧縮機10は、回転軸41の両端にそれぞれにインペラが取り付けられており、一方のインペラによって圧縮された空気が、他方のインペラによって再び圧縮されるような構成であってもよい。
In the above embodiment, the
In the embodiment, the
○ 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。
○ 実施形態において、遠心圧縮機10は、燃料電池スタック56に供給される空気を圧縮するために用いられるものに限らない。要は、遠心圧縮機10は、流体を圧縮するものであればよい。
In the above-mentioned embodiment, the
In the above-mentioned embodiment, the
上記実施形態は、以下の付記に記載する構成を含む。
<付記1>
回転軸と、
前記回転軸と一体的に回転することで流体を圧縮するインペラと、
前記回転軸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、及び前記インペラによって圧縮された流体が吐出される吐出室を区画するハウジングと、を備え、
前記ハウジングは、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軸が挿通される第1挿通孔が形成されている仕切壁を有している遠心圧縮機であって、
前記回転軸の軸方向における前記インペラと前記仕切壁との間には、前記インペラの背面に対向し、前記第1挿通孔と共に前記回転軸が挿通される第2挿通孔を有し、前記仕切壁に固定される板状の背面板が取り付けられ、
前記インペラの背面に洩れる流体は、前記背面板によって、前記インペラの背面と前記背面板との間に形成されるインペラ側流路に流れる流体と、前記背面板と前記仕切壁との間に形成される仕切壁側流路に流れる流体と、に分流され、
前記仕切壁には、前記仕切壁側流路を流れる流体から前記仕切壁への伝熱を促進させる伝熱促進部材が設けられ、
前記インペラ側流路を経由し、前記第2挿通孔を流れた流体と、前記伝熱促進部材によって冷却され、前記仕切壁側流路を流れた流体と、が合流した後に前記第1挿通孔を通って前記モータ室に流れることを特徴とする遠心圧縮機。
The above embodiment includes the configurations described in the following supplementary notes.
<Appendix 1>
A rotation axis;
an impeller that rotates integrally with the rotary shaft to compress a fluid;
A motor that rotates the rotary shaft;
a housing defining an impeller chamber that accommodates the impeller, a motor chamber that accommodates the motor, and a discharge chamber from which the fluid compressed by the impeller is discharged,
the housing has a partition wall that separates the impeller chamber and the motor chamber and has a first insertion hole through which the rotating shaft is inserted,
a plate-shaped back plate is attached between the impeller and the partition wall in the axial direction of the rotating shaft, the plate-shaped back plate facing a back surface of the impeller, the plate-shaped back plate having a second insertion hole through which the rotating shaft is inserted together with the first insertion hole, and the plate-shaped back plate is fixed to the partition wall;
The fluid leaking to the back surface of the impeller is divided by the back plate into a fluid flowing in an impeller-side flow passage formed between the back surface of the impeller and the back plate, and a fluid flowing in a partition-wall-side flow passage formed between the back plate and the partition wall,
the partition wall is provided with a heat transfer promotion member that promotes heat transfer from a fluid flowing through the partition wall side flow path to the partition wall,
a fluid that has passed through the impeller-side passage and flowed through the second insertion hole and a fluid that has been cooled by the heat transfer promotion member and flowed through the partition-wall-side passage are joined together and then flow into the motor chamber through the first insertion hole.
<付記2>
前記仕切壁には、前記伝熱促進部材を冷却する冷却水が流れる冷却水通路が形成されていることを特徴とする<付記1>に記載の遠心圧縮機。
<Appendix 2>
The centrifugal compressor according to <Appendix 1>, wherein the partition wall is formed with a cooling water passage through which cooling water for cooling the heat transfer promotion member flows.
<付記3>
前記回転軸の軸方向における前記インペラの背面と前記背面板との間隔は、前記背面板と前記仕切壁との間隔よりも小さいことを特徴とする<付記1>又は<付記2>に記載の遠心圧縮機。
<Appendix 3>
The centrifugal compressor according to <Appendix 1> or <Appendix 2>, characterized in that a distance between a back surface of the impeller and the back plate in an axial direction of the rotating shaft is smaller than a distance between the back plate and the partition wall.
<付記4>
前記伝熱促進部材は、円盤状の金属製のメッシュであることを特徴とする<付記1>~<付記3>のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
<Appendix 4>
The centrifugal compressor according to any one of <Appendix 1> to <Appendix 3>, wherein the heat transfer promotion member is a disk-shaped metal mesh.
10…遠心圧縮機、11…ハウジング、15…第1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、28…インペラ室、29…吐出室、41…回転軸、42…インペラ、42a…背面、61…背面板、65…第2挿通孔、70…冷却水通路、80…仕切壁側流路、84…インペラ側流路、90…伝熱促進部材。 10... centrifugal compressor, 11... housing, 15... first plate (partition wall), 17... third plate (partition wall), 18... motor chamber, 20... motor, 23... first through hole, 28... impeller chamber, 29... discharge chamber, 41... rotating shaft, 42... impeller, 42a... back surface, 61... back plate, 65... second through hole, 70... cooling water passage, 80... partition wall side flow passage, 84... impeller side flow passage, 90... heat transfer promotion member.
Claims (4)
前記回転軸と一体的に回転することで流体を圧縮するインペラと、
前記回転軸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、及び前記インペラによって圧縮された流体が吐出される吐出室を区画するハウジングと、を備え、
前記ハウジングは、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軸が挿通される第1挿通孔が形成されている仕切壁を有している遠心圧縮機であって、
前記回転軸の軸方向における前記インペラと前記仕切壁との間には、前記インペラの背面に対向し、前記第1挿通孔と共に前記回転軸が挿通される第2挿通孔を有し、前記仕切壁に固定される板状の背面板が取り付けられ、
前記インペラの背面に洩れる流体は、前記背面板によって、前記インペラの背面と前記背面板との間に形成されるインペラ側流路に流れる流体と、前記背面板と前記仕切壁との間に形成される仕切壁側流路に流れる流体と、に分流され、
前記仕切壁には、前記仕切壁側流路を流れる流体から前記仕切壁への伝熱を促進させる伝熱促進部材が設けられ、
前記インペラ側流路を経由し、前記第2挿通孔を流れた流体と、前記伝熱促進部材によって冷却され、前記仕切壁側流路を流れた流体と、が合流した後に前記第1挿通孔を通って前記モータ室に流れることを特徴とする遠心圧縮機。 A rotation axis;
an impeller that rotates integrally with the rotary shaft to compress a fluid;
A motor that rotates the rotary shaft;
a housing defining an impeller chamber that accommodates the impeller, a motor chamber that accommodates the motor, and a discharge chamber from which the fluid compressed by the impeller is discharged,
the housing has a partition wall that separates the impeller chamber and the motor chamber and has a first insertion hole through which the rotating shaft is inserted,
a plate-shaped back plate is attached between the impeller and the partition wall in the axial direction of the rotating shaft, the plate-shaped back plate facing a back surface of the impeller, the plate-shaped back plate having a second insertion hole through which the rotating shaft is inserted together with the first insertion hole, and the plate-shaped back plate is fixed to the partition wall;
The fluid leaking to the back surface of the impeller is divided by the back plate into a fluid flowing in an impeller-side flow passage formed between the back surface of the impeller and the back plate, and a fluid flowing in a partition-wall-side flow passage formed between the back plate and the partition wall,
the partition wall is provided with a heat transfer promotion member that promotes heat transfer from a fluid flowing through the partition wall side flow path to the partition wall,
a fluid that has passed through the impeller-side passage and flowed through the second insertion hole and a fluid that has been cooled by the heat transfer promotion member and flowed through the partition-wall-side passage are joined together and then flow into the motor chamber through the first insertion hole.
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