JP7319636B2

JP7319636B2 - ブロワ

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Publication number: JP7319636B2
Application number: JP2021576138A
Authority: JP
Inventors: 和夫坂田; 薫奥野; 龍男木下
Original assignee: OSAKA BLOWER MFG. CO., LTD.
Current assignee: OSAKA BLOWER MFG. CO., LTD.
Priority date: 2020-06-04
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2023-08-02
Anticipated expiration: 2041-03-23
Also published as: JPWO2021246029A1; KR20210151860A; WO2021246029A1; KR102653737B1; CN114207287B; CN114207287A

Description

本発明は、ブロワに関し、特に大型のエンジンの排気再循環システムに好適なブロワに関する。

送風対象のガスを吸入して昇圧させるブロワとして、従来、動力や電力を出力するシステムからの排ガスを昇圧して同システムに再循環させる再循環ブロワや、同システムへの供給ガス（低圧再循環ガスを含む）を昇圧する補助ブロワ等が知られている。

例えば、舶用ディーゼルエンジン等のエンジンの排気エミッション低減技術の一つとして、エンジンの排ガスの一部をそのエンジンの吸気側（掃気作用をなす場合はその給気側の意）に還流させて再循環させ、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を低減させるＥＧＲシステム（排気再循環システム）が普及してきているが、そのようなＥＧＲシステムにおいて、排ガスの一部を再循環可能な圧力に昇圧するＥＧＲブロワが、例えば特許文献１や特許文献２に記載されている。

また、例えば特許文献３には、再循環排ガス流量を自身のブロワ回転数により制御可能なもので、ブロワ回転数を計測する回転センサを取り付けたものが記載されている。

さらに、特許文献４には、インペラと回転軸とが樹脂材により一体成型されてハウジングに収納された遠心ブロワで、その回転軸の軸方向におけるハウジング内部の複数箇所に、回転軸の外周面と略同径の内周面を有するフッ素系樹脂製の第１、第２のシールリングが設けられるとともに、両シールリングの間のハウジング内部空間にシールエアを供給するようにしたものが記載されている。

特開２０１１－１５７９５９号公報特開２０１２－１７２６４７号公報特開２００２－３３２９１９号公報特開２０１６－８９６７１号公報

しかしながら、前述のような従来のブロワにあっては、インペラケーシング内で昇圧されエンジンに再循環されるべきＥＧＲガスが、インペラ回転軸の軸穴を通してハウジングの内部空間側に侵入するのを抑制するべく、ハウジング内部のインペラ側空間に供給するシールエアの圧力をインペラケーシングの内部より十分に大きく設定すると、インペラ側空間からハウジングの外部（大気側）に連通するモータ側空間側へと漏れ出るシールエア量が多くなってしまうという問題があった。

そのため、従来のブロワにあっては、シールエア供給源を駆動する駆動モータの消費動力が増加してしまうという問題や、船舶内に設けられる舶用エンジンのＥＧＲブロワ等には採用し難いという問題が生じていた。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたものであり、シールエア供給源の消費動力を抑えることができるブロワを提供することを目的とし、併せて、船舶用のエンジンのＥＧＲブロワに好適なブロワを提供することを目的とする。

（１）本発明に係るブロワは、上記目的達成のため、ガス通路と該ガス通路に連通する軸穴とが形成されたケーシングと、前記ケーシングの前記軸穴に回転自在に挿通された回転軸と、前記回転軸に支持されて前記ケーシング内に収納されインペラと、前記軸穴をシールするシール装置と、を備えたブロワであって、前記シール装置が、前記軸穴の近傍で前記回転軸を取り囲む環状の第１および第２のシールリングと、前記第１および第２のシールリングを取り囲む環状壁部と該環状壁部に対し前記回転軸の軸方向の両側で一体に結合する一対の内側壁部とを有する環状の軸封ボックスと、前記軸封ボックス内に前記ガス通路内以上に高圧のシールエアを導入するとともに前記第１および第２のシールリングを前記一対の内側壁部に密接させた主シール室を形成し、前記ガス通路から大気側への前記排ガスの漏れを防止する静圧ガスシール手段と、前記軸封ボックスに対し前記ガス通路から離隔する軸方向外方側で前記回転軸を取り囲む環状の第３のシールリングを有し、前記主シール室から大気側へのシールエアの漏れを制限する補助シール室を形成するバックアップシール手段と、を含んでいることを特徴とする。

この構成により、本発明では、第１、第２のシールリングの間に形成される主シール室内に静圧ガスシール手段によってガス通路内よりも高圧のシールエアが導入されることで、ブロワ内の排ガスがガス通路側から大気側への漏れ出ることが確実に防止される。しかも、第２のシールリングの前後差圧がバックアップシール手段の第３のシールリングにより抑えられるとき、第３のシールリングの前後差圧も抑えられることから、各シールリングの前後差圧に応じたシールエアの大気側への漏れ流量を有効に低減させることができる。

（２）本発明の好ましい実施形態は、前記ケーシングに、エンジンの排ガスの一部を導入可能な前記ガス通路と該ガス通路に連通する軸穴とが形成されており、前記インペラが、前記ガス通路に導入し昇圧した排気ガスを前記エンジンに再循環させる構成とすることができる。

この場合、ＮＯｘ等の低減のためにエンジンの排気を再循環させるＥＧＲブロワに好適なものとなる。

（３）本発明の好ましい実施形態は、前記第１、第２のシールリングのうち少なくとも大気側の前記第２のシールリングが、周方向に隣り合う複数の円弧状のセグメントシール部材で構成されており、前記複数のセグメントシール部材同士が、軸方向および径方向に広がりつつ周方向に対面する第１対向面と、前記周方向および径方向に広がりつつ軸方向に対面する第２対向面とを有している構成とすることができる。

このようにすると、複数のセグメントシール部材の内周面形状や端部形状に応じてそれらの間の微小隙間形状を適宜設定でき、第２のシールリングの微小隙間を通過するシールエアの流量および第２のシールリングの前後差圧を安定確保可能となる。

（４）本発明の好ましい実施形態は、前記バックアップシール手段が、前記軸封ボックスに対し前記ガス通路から離隔する軸方向外方側で前記第３のシールリングを径方向の外側および軸方向の外側から覆う外付け環状部材と、前記第３のシールリングを前記外付け環状部材に密接するよう前記回転軸の軸方向に付勢する弾性部材と、をさらに有している構成とすることもできる。

この場合、第３のシールリングおよび外付け環状部材によって補助シール室を容易に形成できるとともに、第３のシールリングの安定したシール姿勢を設定可能となり、運転中のシールエアの大気側への漏れをより有効に低減可能となる。

（５）本発明の好ましい実施形態は、前記外付け環状部材が、前記軸封ボックスに対し前記ガス通路から離隔する軸方向外方側に固定されている構成としてもよい。

このようにすると、既存のブロワに、第３のシールリングおよび外付け環状部材を容易に追加することができる。

（６）本発明の好ましい実施形態は、前記回転軸を回転駆動するモータが設けられており、前記ケーシングと前記モータが一体に連結されている構成とすることができる。

この場合、コンパクトなブロワを作製可能となる。

（７）本発明の好ましい実施形態は、前記外付け環状部材より前記軸方向外方側の前記回転軸上に、前記外付け環状部材の内周径より大径の円環板状の振切板が配置されている構成としてもよい。

この構成により、補助シール室から軸方向の外側に漏れ出るシールエアを振切板によって周囲の塵埃などと共に放射外方向に振り切ることができ、モータ側への塵埃の侵入を有効に抑制することができる。

（８）本発明の好ましい実施形態は、船舶用のエンジンの排ガスの一部を導入可能なガス通路と該ガス通路に連通する軸穴とが形成されたケーシングと、前記ケーシングの前記軸穴に回転自在に挿通された回転軸と、前記回転軸に支持されて前記ケーシング内に収納され、前記ガス通路に導入し昇圧したＥＧＲガスを前記エンジンに再循環させるインペラと、を備えたブロワに装着され、前記軸穴をシールするＥＧＲブロアのシール装置であって、前記軸穴の近傍で前記回転軸を取り囲む環状の第１および第２のシールリングと、前記第１および第２のシールリングを取り囲む環状壁部と該環状壁部に対し前記回転軸の軸方向の両側で一体に結合する一対の内側壁部とを有する環状の軸封ボックスと、前記軸封ボックス内に前記ガス通路内以上に高圧のシールエアを導入するとともに前記第１および第２のシールリングを前記一対の内側壁部に密接させた主シール室を形成し、前記ガス通路から大気側への前記排ガスの漏れを防止する静圧ガスシール手段と、前記軸封ボックスに対し前記ガス通路から離隔する軸方向外方側で前記回転軸を取り囲む環状の第３のシールリングを有し、前記主シール室から大気側へのシールエアの漏れを制限する補助シール室を形成するバックアップシール手段と、を含んでいる構成とすることができる。

この構成により、ブロワ内の排ガスがガス通路側から船舶内の大気側への漏れるのを静圧ガスシール手段の加圧されたシールエアによって有効に抑制できるとともに、シールエアの大気側への漏れ量を静圧ガスシール手段およびバックアップシール手段の協働により十分に低減させることができる。

本発明によれば、シールエア供給源の消費動力を抑えることができるブロワを提供することができ、併せて、船舶用のエンジンのＥＧＲブロワに好適なブロワを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るＥＧＲブロワおよびそれを含む舶用エンジンのＥＧＲシステムの概略構成図である。本発明の一実施形態に係るＥＧＲブロワの軸穴近傍部分の拡大断面図である。図２中の二点鎖線で囲んだＭ部分をさらに拡大して示す部分拡大断面図である。本発明の一実施形態に係るＥＧＲブロワにおけるセグメントシール型のシールリングの正面図である。本発明の一実施形態に係るＥＧＲブロワにおけるセグメントシール型のシールリングの構成図であり、図４Ａ中のＢ矢視図である。本発明の他の実施形態に係るＥＧＲブロワの軸穴近傍部分の拡大断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

（一実施形態）
図１ないし図４Ｂは、本発明の一実施形態に係るブロワを、ＥＧＲ装置付きの動力システム中にＥＧＲブロワとして設けた場合を示している。

まず、その構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態の動力システム１００は、多気筒の大型２サイクルのディーゼル機関であるエンジン１１０と、ターボ過給機１２０と、ＥＧＲ装置１３０とを具備しており、これらが全て図示しない船舶の機関室に搭載されるようになっている。

エンジン１１０は、例えば外洋航行船の主機関として使用可能な電子制御式の大出力のエンジンであり、多気筒の機関本体１０１に、燃料供給ユニット１０２、給気レシーバ１０３および排気レシーバ１０４等を装着した構成を有している。なお、本実施形態では船舶用としているが、船舶用以外とする場合、エンジン１１０は、例えば発電所の発電機を動作させるための定置機関としても使用可能である。

多気筒の機関本体１０１には、複数のシリンダ１１１が設けられている。これら複数のシリンダ１１１は、それぞれ掃気ポート１１３を介して給気レシーバ１０３に接続される一方、対応するそれぞれの排気弁１１４の開弁時に排気レシーバ１０４内に排気可能になっている。各シリンダ１１１内では、掃気により取り込まれた後にピストン１１２により発火点以上に圧縮された空気とその空気中に噴射された燃料とが燃焼するとき、燃焼ガスが膨張してピストン１１２が駆動されるとともに排ガスが発生する。そして、各シリンダ１１１からの排ガスが排気レシーバ１０４内に間欠的に送り出されるようになっている。

燃料供給ユニット１０２は、燃料清浄機で清浄化した舶用ディーゼル燃料をポンプ加圧し、気筒ごとの燃料弁が所定のタイミングで開弁するとき、機関本体１０１の各シリンダ１１１内に燃料を噴射・供給できるようになっている。

給気レシーバ１０３は、機関本体１０１の各シリンダ１１１内の燃焼ガスを排出させつつ新たな空気で満たす掃気作用をなすための圧縮空気溜め（掃気受け）となっており、排気レシーバ１０４は、機関本体１０１の各気筒からの排気を蓄圧貯留しつつその大部分をターボ過給機１２０側に供給することができる排気溜めとなっている。

ターボ過給機１２０は、排気レシーバ１０４側から供給された排気により駆動されるタービン１２１と、タービン１２１により駆動されるとき外気を導入および圧縮して給気レシーバ１０３内に供給するコンプレッサ１２２とを有している。

ＥＧＲ装置１３０は、排気レシーバ１０４からの排気の一部を給気レシーバ１０３側への再循環経路Ｌｅに取り込んで浄化する湿式のスクラバユニット１３１と、スクラバユニット１３１により浄化された排気ガス（以下、ＥＧＲガスという）を熱交換により冷却するＥＧＲクーラ１３２と、ＥＧＲクーラ１３２で冷却されたＥＧＲガスを、ターボ過給機１２０のコンプレッサ１２２から給気レシーバ１０３への過給通路Ｌｃ中に供給可能な圧力レベルに昇圧させるＥＧＲブロワ１３３とを含んで構成されている。

湿式のスクラバユニット１３１は、例えば再循環経路Ｌｅに取り込まれた排気ガス中の硫黄酸化物を中和可能な液滴を噴霧させたり、排気ガス中のすす（煤）粒子の吸収や再循環経路Ｌｅ中の還流排気ガスの一次冷却に適した液滴の大きさにしたりすることができるスクラバと、スクラバの内底部側で還流排気ガス浄化後の液滴を収集するミストキャッチャとを含んで構成されている。

ＥＧＲクーラ１３２には、詳細を図示しないが、スクラバユニット１３１を通過し浄化および一次冷却されたＥＧＲガスを通すＥＧＲガス通路と、外部からの冷却水を通す冷却水通路とを有する熱交換器で構成されており、両通路を通る流体間での熱交換によりＥＧＲガスを冷却（二次冷却）することができる熱交換器で構成されている。

ＥＧＲブロワ１３３は、ＥＧＲクーラ１３２を通過したＥＧＲガスが導入されるガス通路１１とそのガス通路１１に連通する軸穴１２とが形成されたケーシング１０と、ケーシング１０の軸穴１２に回転自在に挿通された回転軸２１と、回転軸２１に支持されてケーシング１０内に収納されインペラ２２と、軸穴１２をシールするシール装置３０とを具備している。

また、図１に示すように、軸封ボックス３３に対しケーシング１０のガス通路１１から離隔する外面側（図１中の右側）には、回転軸２１を回転駆動する出力軸７１を有するモータ７０が配置されている。

図１および図２に示すように、ケーシング１０のガス通路１１は、ケーシング１０の外端側である図１中の左端側で大口径に開口する一方、同図中の右側（内方側）へと回転軸２１の軸線方向に延びつつ内方側で縮径した導入通路１１ａと、導入通路１１ａの内端部を取り囲むスクロール通路１１ｂとを有している。そして、ケーシング１０は、導入通路１１ａの外端側で大口径に開口する導入口部１１ｃと、スクロール通路１１ｂの下流端を導入口部１１ｃより径方向の外方側に突出させる吹出口部１１ｄとを有している。

ケーシング１０は、このガス通路１１を形成するとともにモータ取付面側が開口する本体部１３と、本体部１３のモータ取付面側を閉塞する略円板状でその中心部で軸穴１２を形成するモータ取付板１４と、本体部１３に対しモータ取付板１４を着脱可能に固定する複数のボルト１５とによって構成されている。そして、ケーシング１０のモータ取付板１４にはモータ７０を取り付けるための取付ブラケット７３が、ケーシング１０の背面側にはモータ７０を下方から支持する支持ブラケット７４が、それぞれ装着されている。そして、これら取付ブラケット７３および支持ブラケット７４を介して、ケーシング１０とモータ７０のケース７２とが、一体に連結されている。

また、回転軸２１は、モータ７０の出力軸７１に対し一体回転するように連結することができる蓋付きの筒状体となっており、モータ７０の出力軸７１に所定の嵌合圧で嵌合する段付きの略円筒体２３と、インペラ２２内の略円筒体２３の一端に同心的に嵌合しその一端を閉止する蓋体２４と、蓋体２４とモータ７０の出力軸７１との間に介在し略円筒体２３および蓋体２４をモータ７０の出力軸７１に対して軸方向所定位置に位置決め可能な環状のスペーサ２５と、モータ７０の出力軸７１に対して略円筒体２３、蓋体２４およびスペーサ２５を一体に締結固定するボルト２６と、を有している。

ケーシング１０内で回転軸２１に支持されたインペラ２２は、ガス通路１１のうち導入通路１１ａの内端部に近接する入口部２２ａと、スクロール通路１１ｂ内で放射外方向に向かって開口する出口部２２ｂと、入口部２２ａから出口部２２ｂへと延びつつ相互に等角度間隔に離間する複数の羽根部２２ｃとを有している。このインペラ２２は、ケーシング１０および回転軸２１と共に遠心式の送風機を構成し、回転軸２１を介してモータ７０により回転駆動されるとき、ケーシング１０のガス通路１１に導入されたＥＧＲガスをエンジン１１０に再循環可能に昇圧するようになっている。

図２に示すように、シール装置３０は、ケーシング１０と回転軸２１の間に介装されており、軸穴１２内の回転軸２１の周囲の隙間Ｇを閉塞している。

このシール装置３０は、軸穴１２の一端近傍で回転軸２１を取り囲む環状の第１および第２のシールリング３１、３２と、第１および第２のシールリング３１、３２を収納する環状の軸封ボックス３３とを含んで構成されている。また、図２および図３に示すように、シール装置３０は、静圧ガスシール手段４０と、バックアップシール手段６０とを備えている。

軸封ボックス３３は、第１および第２のシールリング３１、３２を取り囲む円環内周面形状の環状壁部３３ａと、その環状壁部３３ａに対し回転軸２１の軸方向の両側で略直交するよう一体に結合した一対の内側壁部３３ｂ、３３ｃとを有している。

具体的には、軸封ボックス３３は、外面側で複数のボルト３３ｇによりケーシング１０の軸穴１２の周囲に固定された第１環状体３４と、一対のうち片側の内側壁部３３ｂを形成するとともに第１環状体３４の内面側（図２中の左端面側）にボルト固定された第２環状体３５と、第１環状体３４の外面側に一体に形成されつつ一対のうち片側の内側壁部３３ｂに対向するよう他の片側の内側壁部３３ｃを形成する第３環状体３６とによって構成されている。

静圧ガスシール手段４０は、軸封ボックス３３内の第１および第２のシールリング３１、３２の間に複数の圧縮コイルばね４１を周方向等間隔（等角度間隔）に縮設して、第１および第２のシールリング３１、３２を軸封ボックス３３の一対の内側壁部３３ｂ、３３ｃに密接させるように付勢することで、軸封ボックス３３内に環状の主シール室４２を形成している。この主シール室４２内には、図３に示すシールエア（シール用の空気）供給回路４５から、ケーシング１０のガス通路１１および軸穴１２内以上に高圧のシールエアが導入されるようになっており、ケーシング１０内のガス通路１１から大気側への排ガスの漏れを抑止できるようになっている。

図３に示すように、シールエア供給回路４５は、軸封ボックス３３の第１環状体３４に形成されたシールエア通路３４ｈに連通するエア供給通路４５ｈ上に、逆止弁４６と、図示しない圧力計や流量計、リリーフ弁、フィルタ等を含んだ調圧ユニット４７と、開閉弁４８と、エアポンプ等の空気供給源４９とによって構成されている。

調圧ユニット４７および開閉弁４８は、例えばエンジン１１０の回転速度［ｒｐｍ］、負荷、ガス通路１１内の圧力等に応じて制御されるようになっており、シールエア供給回路４５は、ガス通路１１に連通する軸穴１２内の隙間Ｇの圧力以上に高い供給圧でシールエアを主シール室４２内に常時供給することで、ケーシング１０内のガス通路１１から軸穴１２を通して大気側にＥＧＲガスが漏れ出るのを常時抑止するようになっている。したがって、シールエアの供給圧は、常時大気圧より高い圧力であって、排気レシーバ１０４の出口側圧力やターボ過給機１２０のタービン１２１側からの背圧、給気レシーバ１０３の入口側圧力やターボ過給機１２０のコンプレッサ１２２側からの過給圧、モータ７０の回転速度［ｒｐｍ］等のいずれかに応じて、ガス通路１１内の圧力（インペラ２２の背面側の圧力）が上昇するとき、その圧力以上に高い圧力に調圧され得る。このシールエアの供給圧は、段階的に増減されてもよい。

静圧ガスシール手段４０の第１、第２のシールリング３１、３２のうち大気側の第２のシールリング３２は、周方向に隣り合う複数の円弧状のセグメントシール部材５１と、これら複数のセグメントシール部材５１を回転軸２１側に付勢しつつ弾性的に一体に拘束するガータスプリング５２とで構成された分割シール構造を有している。

また、本実施形態においては、第２のシールリング３２のみならずケーシング１０の軸穴１２に近接する第１のシールリング３１も、周方向に隣り合う複数の円弧状のセグメントシール部材５１と、これら複数のセグメントシール部材５１を回転軸２１側に付勢しつつ弾性的に一体に拘束するガータスプリング５２とで構成された分割シール構造を有している。

第１、第２のシールリング３１、３２のそれぞれ複数のセグメントシール部材５１は、それぞれの片面側に所定角度間隔を隔てる一対のノックピン穴５１ｋを有するとともに、他の片面側に複数の圧縮コイルばね４１の端部を保持可能な複数の凹状の保持穴５１ｎを有している。また、第１のシールリング３１と第２のシールリング３２とは、それぞれの凹状の保持穴５１ｎ同士およびノックピン穴５１ｋ同士が回転軸２１の軸線方向において逆向きに開くように、互いに逆向きに設置されている。

そして、複数のセグメントシール部材５１同士が、軸方向および径方向に広がりつつ微小隙間Ｅｃを隔てて周方向に対面する第１対向面５１ａと、周方向および径方向に広がりつつ摺動隙間Ｅｄを隔てて軸方向に対面する第２対向面５１ｂとを有するように、同一円周上に配置されるとともに、複数対のノックピン穴５１ｋに遊嵌された軸封ボックス３３側の複数のノックピン３３ｊ、３３ｋによって回転軸２１上に案内されるとともに、外周側のガータスプリング５２によって回転軸２１の外周面上に所定の接触圧で付勢されている。

ここで、回転軸２１の軸方向に延びる微小隙間Ｅｃは、第１、第２のシールリング３１、３２の外周面側および相互対面側（凹状の保持穴５１ｎ側）では何ら覆われることが無い一方、第１、第２のシールリング３１、３２が一対の内側壁部３３ｂ、３３ｃに密接する密接面側（ノックピン穴５１ｋ側）では、一対の内側壁部３３ｂ、３３ｃにより覆われて狭められている。

また、第１、第２のシールリング３１、３２の軸方向両面側では、回転軸２１の軸方向に延びる微小隙間Ｅｃの周方向位置がずれており、周方向に延びる摺動隙間Ｅｄは、図４Ｂに示すように、第１、第２のシールリング３１、３２の軸方向両面側の微小隙間Ｅｃの間で逆方向の屈曲をなすとともに、軸方向両面側の微小隙間Ｅｃより狭くなっている。これら微小隙間Ｅｃおよび微小隙間Ｅｃは、圧力損失が大きいオリフィス状の漏れ通路５１ｅを構成している。

バックアップシール手段６０は、ケーシング１０のガス通路１１から離隔する軸封ボックス３３の外面側（図２中の右端側）に配置され、回転軸２１を取り囲む環状の第３のシールリング６１と、この第３のシールリング６１を径方向の外側および軸方向の外側から覆うよう設けられ、軸封ボックス３３の第１環状体３４にボルト６６により着脱可能に固定された外付け環状部材６３と、第３のシールリング６１を外付け環状部材６３の内側壁部６３ａに密接するよう回転軸２１の軸方向外方側に付勢する圧縮コイルばね等の弾性部材６４と、軸封ボックス３３の第１環状体３４と外付け環状部材６３の間に介装されたゴム弾性リングからなるハーメティカルシール６５とを有している。

このバックアップシール手段６０は、軸封ボックス３３と外付け環状部材６３との間に、静圧ガスシール手段４０の主シール室４２から大気側へのシールエアの漏れを制限する補助シール室６２を形成している。

また、バックアップシール手段６０の第３のシールリング６１は、詳細を図示しないが、静圧ガスシール手段４０の大気側の第２のシールリング３２と略同様に、周方向に隣り合う複数の円弧状のセグメントシール部材（５１相当）と、これら複数のセグメントシール部材を回転軸２１側に付勢しつつ弾性的に一体に拘束するガータスプリング（５２相当）とで構成された分割シール構造を有している。

そして、第３のシールリング６１の複数のセグメントシール部材も、図４Ａ、図４Ｂに示す第２のシールリング３２の複数の円弧状のセグメントシール部材５１と同様に、複数のセグメントシール部材によって圧力損失の大きいオリフィス状の漏れ通路（同図中に括弧付き符号６１ｅで示す）を有している。

このような本実施形態のシール装置３０においては、主シール室４２へのシールエアの供給圧が大気圧より十分に高い圧力Ｐ１［ＭＰａ］であるとき、第２のシールリング３２の漏れ通路５１ｅから漏れ出るシールエアがいわゆるチョーク流れになる条件（（Ｐ２＋０．１）／（Ｐ１＋０．１）が臨界圧力比ｂ以下）が成立し得る。この場合、主シール室４２から補助シール室６２側にシールエアが漏れ出る際に第２のシールリング３２によって上流圧力Ｐ１に応じた大きな圧力損失が生じることになり、主シール室４２から補助シール室６２側に漏れ出るシールエアの質量流量が有効に制限される。

また、この場合、補助シール室６２内の圧力Ｐ２は、大気圧以上であるものの主シール室４２内のシールエアの圧力Ｐ１より十分に小さい所定圧以下となり、第３のシールリング６１の上流圧力である補助シール室６２内の圧力Ｐ２に対して、下流圧力である大気圧Ｐ３［ＭＰａ］の圧力比が比較的大きくなる。よって、第３のシールリング６１のオリフィス状の漏れ通路６１ｅから漏れ出るシールエアがいわゆる亜音速流れになる条件（（Ｐ３＋０．１）／（Ｐ２＋０．１）が臨界圧力比ｂより大きい）が成立し得る。したがって、補助シール室６２から大気側に漏れ出るシールエアの質量流量は、補助シール室６２内の圧力Ｐ２および大気圧Ｐ３の双方に依存するものとなり、第３のシールリング６１によって十分に（補助シール室６２内が圧力Ｐ１程度に高圧でチョーク流れになる場合よりも小流量に）制限される。

一方、主シール室４２へのシールエアの供給圧が大気圧より高い圧力であってもさほど高圧でない場合か、あるいは、主シール室４２へのシールエアの供給圧が大気圧より十分に高い圧力Ｐ１であるものの補助シール室６２内の圧力Ｐ２が比較的高い場合、第２のシールリング３２のオリフィス状の漏れ通路５１ｅから漏れ出るシールエアが亜音速流れになる条件（（Ｐ２＋０．１）／（Ｐ１＋０．１）が臨界圧力比ｂより大きい）が成立し得る。

この場合には、主シール室４２から補助シール室６２側に漏れ出るシールエアの質量流量は、主シール室４２内の圧力Ｐ１および補助シール室６２内の圧力Ｐ２の双方に依存するものとなって、第２のシールリング３２によって十分に（チョーク流れになる場合よりも小流量に）制限される。

このように、本実施形態のシール装置３０を有するＥＧＲブロワ１３３は、シール装置３０の静圧ガスシール手段４０およびバックアップシール手段６０を協働させることで、ケーシング１０の軸穴１２を通して大気側に漏れ出るシールエアの漏れ量を十分に低減させるようになっている。

図２に示すように、ケーシング１０に対して外付け環状部材６３より軸方向外方側に位置する回転軸２１上には、外付け環状部材６３の内周径より大径の円環板状の振切板８１が配置されている。この振切板８１は、回転軸２１の外周面上に略垂直な邪魔板状に突出しており、補助シール室６２から回転軸２１の軸方向に漏れ出るシールエアを、周囲の塵埃などと共に放射外方向に振り切ることで、モータ７０側への塵埃の侵入を抑制するようになっている。

ところで、ターボ過給機１２０では、エンジン１１０の排気レシーバ１０４からの排気エネルギによってタービン１２１が回転駆動されるとき、コンプレッサ１２２に取り込まれる新気（外からの空気）およびＥＧＲガスが加圧され、エンジン１１０の給気レシーバ１０３側に所定の過給圧で過給される。このターボ過給機１２０は、予め設定された運転条件に従って、タービン１２１への排気の取り込みを可変ノズル機能により制御したり、排気をバイパスさせるとともにそのバイパス流量を制御したりするように構成されてもよい。その場合、エンジン１１０の運転状態により排気レシーバ１０４からの排気のエネルギが変化し得るのに対し、ターボ過給機１２０による過給圧を好適に制御可能となる。

また、ＥＧＲ装置１３０は、エンジンの回転数［ｒｐｍ］に応じて、あるいは予め設定された運転条件に従って、再循環経路Ｌｅを絞ったり遮断したりすることで、その作動を選択的に制限するものとすることができる。このようにすることで、エンジンの回転数［ｒｐｍ］や船舶の航行海域に応じたＮＯｘの選択的な排出制限が可能となる。

次に、作用について説明する。

上述のように構成された本実施形態のシール装置３０を備えたＥＧＲブロワ１３３においては、第１、第２のシールリング３１、３２の間に形成される主シール室４２内に静圧ガスシール手段４０によってガス通路１１に連通する軸穴１２内よりも高圧のシールエアが導入されることで、ＥＧＲブロワ１３３内の排ガスがガス通路１１側から大気側への漏れ出ることが確実に防止される。

また、第２のシールリング３２の前後差圧がバックアップシール手段６０の第３のシールリング６１により抑えられるとともに、第３のシールリング６１の前後差圧も抑えられることから、各シールリング３２、６１の前後差圧に応じて変化し得る大気側へのシールエアの漏れ流量が、静圧ガスシール手段４０およびバックアップシール手段６０の協働により有効に制限される。

しかも、本実施形態では、ケーシング１０に、エンジン１１０の排ガスの一部を導入可能なガス通路１１が形成されており、そのガス通路１１に連通する軸穴１２に回転軸２１が挿通されてインペラ２２が支持され、ガス通路１１に導入した排気ガスをエンジン１１０に再循環可能に昇圧させるブロワ構成となっているので、ＮＯｘ等の排出量の低減のためにエンジン１１０の排気を再循環させることができるＥＧＲブロワ１３３に好適なものとなる。

さらに、本実施形態では、第１、第２のシールリング３１、３２のうち少なくとも大気側の第２のシールリング３２が、複数の円弧状のセグメントシール部材５１で構成されているので、複数のセグメントシール部材５１の内周面形状や端部形状に応じてそれらの間の微小隙間Ｅｃ、Ｅｄ等を適宜の形状やサイズに設定でき、第２のシールリング３２の微小隙間を通過するシールエアの漏れ流量および第２のシールリング３２の前後差圧を安定確保可能となる。

加えて、本実施形態では、バックアップシール手段６０が第３のシールリング６１を径方向の外側および軸方向の外側から覆う外付け環状部材６３と、第３のシールリング６１を外付け環状部材６３に密接するよう回転軸２１の軸方向に付勢する弾性部材６４とを有しているので、第３のシールリング６１および外付け環状部材６３によって補助シール室６２を容易に形成できるとともに、第３のシールリング６１の安定したシール姿勢を設定可能となり、運転中のシールエアの大気側への漏れをより有効に低減可能となる。

また、本実施形態では、外付け環状部材６３が軸封ボックス３３に対しガス通路１１から離隔する軸方向外方側に着脱可能に結合されているので、既存のブロワに、第３のシールリング６１および外付け環状部材６３を容易に追加することができる。

さらに、本発明の好ましい実施形態は、軸封ボックス３３に対しガス通路１１から離隔する軸方向外方側に回転軸２１を回転駆動するモータ７０が配置されており、ケーシング１０とモータ７０のケース７２とが一体に連結されているので、コンパクトなＥＧＲブロワ１３３を作製可能となる。

加えて、本実施形態では、外付け環状部材６３より軸方向の外側の回転軸２１上に、外付け環状部材６３の内周径（図２中の半径Ｒ１に対応する穴径（２Ｒ１））より大径の円環板状の振切板８１が配置されているので、補助シール室６２から軸方向の外側に漏れ出るシールエアを振切板８１によって周囲の塵埃などと共に放射外方向に振り切ることができ、モータ７０側への塵埃の侵入を有効に抑制することができる。

このように、本実施形態においては、ＥＧＲブロワ１３３の軸穴１２を閉塞するメカニカルシール方式のシール装置３０が、軸穴１２の近傍で回転軸２１を取り囲む環状の第１および第２のシールリング３１、３２と、第１および第２のシールリング３１、３２を取り囲む環状壁部３３ａとその環状壁部３３ａに対し回転軸２１の軸方向の両側で一体に結合する一対の内側壁部３３ｂ、３３ｃとを有する環状の軸封ボックス３３と、軸封ボックス３３内にガス通路１１内以上に高圧のシールエアを導入するとともに第１および第２のシールリング３１、３２を一対の内側壁部３３ｂ、３３ｃに密接させた主シール室４２を形成し、ガス通路１１から大気側への排ガスの漏れを防止する静圧ガスシール手段４０と、軸封ボックス３３に対しガス通路１１から離隔する軸方向外方側で回転軸２１を取り囲む環状の第３のシールリング６１を有し、主シール室４２から大気側へのシールエアの漏れを制限する補助シール室６２を形成するバックアップシール手段６０とを含んでいる構成となっている。

したがって、ＥＧＲブロワ１３３内の排ガスがガス通路１１側から船舶内の大気側への漏れるのを静圧ガスシール手段４０の加圧されたシールエアによって有効に抑制できるとともに、シールエアの大気側への漏れ量を静圧ガスシール手段４０およびバックアップシール手段６０の協働により十分に低減させることができる。

なお、上述の一実施形態に係るＥＧＲブロワ１３３においては、回転軸２１がモータ７０の出力軸７１に一体に締結されるものとしていたが、図５に示すように、回転軸２１がのモータ７０の出力軸７１に一体に締結される略円筒体２３とは別に、略円筒体２３の外周面上に回り止め固定されたシール専用の回転スリーブ２７を有しており、その回転スリーブ２７に、シールリング３１、３２、６１との摺動に対する摩擦抵抗が小さく、かつ、耐摩耗性に優れた摺動面を形成する表面処理部２７ａが設けられるような構成とすることも可能である。

また、上述の一実施形態では、シールリング３１、３２、６１はすべて同一の分割シール構造を有するものとしたが、第１のシールリング３１または第３のシールリング６１が第２のシールリング３２とは異なるシール構造であってもよいことはいうまでもない。さらに、一実施形態ではエンジン１１０を船舶用としたが、本発明は、船舶用以外の大型の機関、例えば発電機を動作させるための定置機関等であって、その発電機および定置機関等が相対的に狭い空間内に設置されるような場合にも、適用可能である。

以上説明したように、本発明は、シールエア供給源の消費動力を抑えることができるブロワを提供することができ、併せて、船舶用のエンジンのＥＧＲブロワに好適なブロワを提供することができるものであり、大型のエンジンの排気再循環システムに好適なブロワ全般に有用である。

１０ケーシング
１１ガス通路
１２軸穴
２１回転軸
２２インペラ
３０シール装置
３１第１のシールリング
３２第２のシールリング
３３軸封ボックス
３３ａ環状壁部
３３ｂ、３３ｃ一対の内側壁部
３４ｈシールエア通路
４０静圧ガスシール手段
４２主シール室
４５シールエア供給回路
５１セグメントシール部材
５１ａ第１対向面
５１ｂ第２対向面
５１ｅ、６１ｅ漏れ通路
６０バックアップシール手段
６１第３のシールリング
６２補助シール室
６３外付け環状部材
６３ａ内側壁部
６４弾性部材
６５ハーメティカルシール
７０モータ
７１出力軸
８１振切板
１００動力システム
１０３給気レシーバ
１０４排気レシーバ
１１０エンジン
１２０ターボ過給機
１３０ＥＧＲ装置
１３３ＥＧＲブロワ
Ｅｃ微小隙間
Ｅｄ摺動隙間
Ｌｃ過給通路
Ｌｅ再循環経路
Ｐ１圧力（主シール室内の圧力）
Ｐ２圧力（補助シール室内の圧力）
Ｐ３大気圧

Claims

エンジンの排ガスの一部を導入可能なガス通路と該ガス通路に連通する軸穴とが形成されたケーシングと、前記ケーシングの前記軸穴に回転自在に挿通された回転軸と、前記回転軸に支持されて前記ケーシング内に収納され、前記ガス通路に導入し昇圧した前記排ガスを前記エンジンに再循環させるインペラと、前記軸穴をシールするシール装置と、を備えたブロワであって、
前記シール装置が、
前記軸穴の近傍で前記回転軸を取り囲む環状の第１および第２のシールリングと、
前記第１および第２のシールリングを取り囲む環状壁部と該環状壁部に対し前記回転軸の軸方向の両側で一体に結合する一対の内側壁部とを有する環状の軸封ボックスと、
前記軸封ボックス内にシールエアを導入するとともに前記第１および第２のシールリングを前記一対の内側壁部に密接させた主シール室を形成し、前記ガス通路から大気側への前記排ガスの漏れを防止する静圧ガスシール手段と、
前記軸封ボックスに対し前記ガス通路から離隔する軸方向外方側で前記回転軸を取り囲む環状の第３のシールリングを有し、前記主シール室から大気側へのシールエアの漏れを制限する補助シール室を形成するバックアップシール手段と、
前記エンジンの運転状態に応じて制御され、前記静圧ガスシール手段に対し、前記シールエアを大気圧より高圧でかつ前記ガス通路内の圧力以上の増減可能な供給圧で供給するシールエア供給回路と、を含んでおり、
前記主シール室から大気側への前記シールエアの漏れ流量を、前記静圧ガスシール手段の前記第１、第２のシールリングのうち大気側のシールリングと前記バックアップシール手段とにより制限するようにしたことを特徴とするブロワ。
前記エンジンが、船舶の機関室に主機関として搭載される多気筒のディーゼル機関であることを特徴とする請求項１に記載のブロワ。
前記第１、第２のシールリングのうち少なくとも大気側の前記第２のシールリングと前記第３のシールリングとが、それぞれ、周方向に隣り合う複数の円弧状のセグメントシール部材と、該複数のセグメントシール部材を前記回転軸側に付勢しつつ弾性的に一体に拘束するガータスプリングとで構成されており、前記複数のセグメントシール部材同士が、軸方向および径方向に広がりつつ周方向に対面する第１対向面と、前記周方向および径方向に広がりつつ軸方向に対面する第２対向面とを有していることを特徴とする請求項１または２に記載のブロワ。
前記バックアップシール手段が、前記軸封ボックスに対し前記ガス通路から離隔する軸方向外方側で前記第３のシールリングを径方向の外側および軸方向の外側から覆う外付け環状部材と、前記第３のシールリングを前記外付け環状部材に密接するよう前記回転軸の軸方向に付勢する弾性部材と、をさらに有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のブロワ。
前記外付け環状部材が、前記軸封ボックスに対し前記ガス通路から離隔する軸方向外方側に固定されていることを特徴とする請求項４に記載のブロワ。
前記回転軸を回転駆動するモータが設けられており、
前記ケーシングと前記モータが一体に連結されていることを特徴とする請求項５に記載のブロワ。
前記外付け環状部材より前記軸方向外方側の前記回転軸上に、前記外付け環状部材の内周径より大径の円環板状の振切板が配置されていることを特徴とする請求項６に記載のブロワ。
エンジンの排ガスの一部を導入可能なガス通路と該ガス通路に連通する軸穴とが形成されたケーシングと、前記ケーシングの前記軸穴に回転自在に挿通された回転軸と、前記回転軸に支持されて前記ケーシング内に収納され、前記ガス通路に導入し昇圧した前記排ガスを前記エンジンに再循環させるインペラと、を備えたブロワに装着され、前記軸穴をシールするブロワのシール装置であって、
前記軸穴の近傍で前記回転軸を取り囲む環状の第１および第２のシールリングと、
前記第１および第２のシールリングを取り囲む環状壁部と該環状壁部に対し前記回転軸の軸方向の両側で一体に結合する一対の内側壁部とを有する環状の軸封ボックスと、
前記軸封ボックス内に前記ガス通路内以上に高圧のシールエアを導入するとともに前記第１および第２のシールリングを前記一対の内側壁部に密接させた主シール室を形成し、前記ガス通路から大気側への前記排ガスの漏れを防止する静圧ガスシール手段と、
前記軸封ボックスに対し前記ガス通路から離隔する軸方向外方側で前記回転軸を取り囲む環状の第３のシールリングを有し、前記主シール室から大気側へのシールエアの漏れを制限する補助シール室を形成するバックアップシール手段と、
前記エンジンの運転状態に応じて制御され、前記静圧ガスシール手段に対し、前記シールエアを大気圧より高圧でかつ前記ガス通路内の圧力以上の増減可能な供給圧で供給するシールエア供給回路と、を含んでおり、
前記主シール室から大気側への前記シールエアの漏れ流量を、前記静圧ガスシール手段の前記第１、第２のシールリングのうち大気側のシールリングと前記バックアップシール手段とにより制限するようにしたことを特徴とするブロワのシール装置。