特開 2023-14041 ターボ機械装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023014041

(43)【公開日】2023-01-26

(54)【発明の名称】ターボ機械装置

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/057 20060101AFI20230119BHJP

   F04D 29/00 20060101ALI20230119BHJP

   F04D 29/58 20060101ALI20230119BHJP

【ＦＩ】

F04D29/057

F04D29/00 B

F04D29/58 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022112460

(22)【出願日】2022-07-13

(31)【優先権主張番号】10 2021 118 253.0

(32)【優先日】2021-07-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】510153962

【氏名又は名称】マン・エナジー・ソリューションズ・エスイー

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＮ ＥＮＥＲＧＹ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ ＳＥ

【住所又は居所原語表記】Ｓｔａｄｔｂａｃｈｓｔｒ．１ ８６１５３ Ａｕｇｓｂｕｒｇ，ＧＥＲＭＡＮＹ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ディルク・ビュッヒェ

(72)【発明者】

【氏名】ヤニーネ・シュター

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA12

3H130AB27

3H130AB60

3H130AC30

3H130BA33E

3H130BA56E

3H130DD01Z

3H130DG01X

3H130EA07G

(57)【要約】

【課題】新型のターボ機械装置を創出する。
【解決手段】ターボ機械装置は、圧縮機シャフトを含む圧縮機部分と、圧縮機シャフトに対して同軸に延在しかつ連結されたシャフトを含む電気機械であって、電気機械と各圧縮機部分とは、各圧縮機部分と電気機械と軸受とが共に作動媒体によって洗浄されるように軸受を介して共通の密閉されたハウジング内に取り付けられる、電気機械と、圧縮されていない作動媒体のための供給導管と、圧縮された作動媒体のための排出導管と、第１の圧力レベルにある作動媒体が、第２の接続を介してより低い第２の圧力レベルにある作動媒体を吸い込むための推進剤として第１の接続を介して供給され得、かつ、エジェクタ内で形成される第１の圧力レベルにある作動媒体と第２の圧力レベルにある作動媒体との混合物が、冷却媒体として電気機械及び／又は冷却されるべきアセンブリに第３の接続を介して供給され得る、エジェクタと、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ターボ機械装置（１０）であって、
それぞれ作動媒体の圧力を上昇させるための少なくとも１つの単段又は多段の圧縮機部分（１１、１１ａ、１１ｂ）であって、前記圧縮機部分（１１、１１ａ、１１ｂ）それぞれは、圧縮機シャフト（１３、１３ａ、１３ｂ）を含んでいる、圧縮機部分（１１、１１ａ、１１ｂ）と、
シャフト（１７）を含む電気機械（１６）であって、
前記圧縮機シャフト（１３、１３ａ、１３ｂ）それぞれは、前記電気機械（１６）の前記シャフト（１７）に対して同軸に延在しており、
前記圧縮機シャフト（１３、１３ａ、１３ｂ）それぞれは、前記電気機械（１６）の前記シャフト（１７）に連結されており、
前記電気機械（１６）と前記圧縮機部分（１１、１１ａ、１１ｂ）それぞれとは、共通の密閉された一体型又は複数の部分からなるハウジング（１８）内に配置され、前記圧縮機部分（１１、１１ａ、１１ｂ）それぞれと前記電気機械（１６）と軸受（１９）とが共に前記作動媒体によって洗浄されるように、前記軸受（１９）を介して前記ハウジング（１８）内に取り付けられている、
電気機械（１６）と、
供給導管（１４）であって、圧縮されていない作動媒体が、前記供給導管（１４）を介して前記ターボ機械装置（１０）に供給されることが可能な、供給導管（１４）と、
排出導管（１５）であって、前記ターボ機械装置（１０）によって圧縮された作動媒体が、前記排出導管（１５）を介して排出されることが可能な、排出導管（１５）と、
少なくとも１つのエジェクタ（２０）であって、第１の圧力レベルにある作動媒体が、推進剤として、すなわち第２の導管（２３）又は第２の接続（２４）を介してより低い第２の圧力レベルにある作動媒体を吸い込むために、第１の導管（２１）又は第１の接続（２２）を介して供給され得、少なくとも１つの前記エジェクタ（２０）内で形成される、前記第１の圧力レベルにある作動媒体と前記第２の圧力レベルにある作動媒体との混合物は、冷却媒体として、前記電気機械（１６）及び／又は少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリに、第３の導管（２５）又は第３の接続（２６）を介して供給され得る、エジェクタ（２０）と、を有しているターボ機械装置（１０）。

【請求項2】

少なくとも１つの前記エジェクタ（２０）は、少なくとも部分的に圧縮された作動媒体が、前記第２の導管（２３）又は前記第２の接続（２４）を介して圧縮されていない作動媒体を吸い込むための推進剤として、前記第１の導管（２１）又は前記第１の接続（２２）を介して供給され得、少なくとも１つの前記エジェクタ（２０）内で形成される、前記少なくとも部分的に圧縮された作動媒体と前記圧縮されていない作動媒体との混合物は、冷却媒体として、前記電気機械（１６）及び／又は少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリに、前記第３の導管（２５）又は前記第３の接続（２６）を介して供給され得ることを特徴とする、請求項１に記載のターボ機械装置。

【請求項3】

少なくとも１つの前記エジェクタ（２０）は、前記第１の導管（２１）又は前記第１の接続（２２）を介して、前記圧縮機部分（１１）若しくは前記圧縮機部分（１１ａ、１１ｂ）の内の１つ、又は、前記ターボ機械装置の前記排出導管（１５）、又は、前記ターボ機械装置の第１の漏出点に連結されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のターボ機械装置。

【請求項4】

少なくとも１つの前記エジェクタ（２０）は、前記第２の導管（２３）又は前記第２の接続（２４）を介して、前記ターボ機械装置の前記供給導管（１４）、又は、前記圧縮機部分（１１）若しくは前記圧縮機部分（１１ａ、１１ｂ）の内の１つ、又は、前記ターボ機械装置の第２の漏出点、又は、前記電気機械（１６）及び／又は少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリを経由又は通過するように誘導される冷却媒体のための前記ターボ機械装置の戻り導管（２７）に連結されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のターボ機械装置。

【請求項5】

少なくとも１つの前記エジェクタ（２０）は、前記第３の導管（２５）又は前記第３の接続（２６）を介して、前記電気機械（１６）及び／又は少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリに連結されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のターボ機械装置。

【請求項6】

前記電気機械（１６）及び／又は少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリを経由又は通過するように誘導される冷却媒体のための戻り導管（２７）が、冷却媒体の前記戻り導管（２７）の前記ターボ機械装置の前記供給導管（１４）への開口点（２７ａ）が前記供給導管（１４）の貫流方向に見て前記ターボ機械装置の前記供給導管（１４）の前記第２の導管（２３）又は前記第２の接続（２４）の分岐点（２３ａ）の下流に位置するように、前記ターボ機械装置の前記供給導管（１４）に連結されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のターボ機械装置。

【請求項7】

前記電気機械（１６）及び／又は少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリを経由又は通過するように誘導される冷却媒体のための戻り導管（２７）が、少なくとも１つの前記エジェクタ（２０）に通じる前記第２の導管（２３）、又は、少なくとも１つの前記エジェクタ（２０）の前記第２の接続（２４）に連結されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のターボ機械装置。

【請求項8】

冷却媒体のための前記戻り導管（２７）には、熱交換器（２８）又は冷却器が組み込まれていることを特徴とする、請求項６又は７に記載のターボ機械装置。

【請求項9】

単独の圧縮機部分（１１）が、前記電気機械（１６）の側面に、前記電気機械に対して同軸に配置された少なくとも１つの圧縮機段（１２）を有することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のターボ機械装置。

【請求項10】

少なくとも１つの圧縮機段（１２ａ、１２ｂ）をそれぞれ有する２つの圧縮機部分（１１ａ、１１ｂ）が、前記電気機械（１６）の互いに反対側に位置する側面に、前記電気機械に対してそれぞれ同軸に配置されたていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のターボ機械装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ターボ機械装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１からは、多段圧縮機部分と電気機械とを有するターボ機械装置が知られており、電気機械は、作動媒体の圧力を上昇させるために、圧縮機部分を駆動する。圧縮機部分の圧縮機シャフトは、電気機械のシャフトに対して同軸に延在しており、電気機械のシャフトに連結されている。電気機械と圧縮機部分とは、共通のハウジング内に配置されており、軸受を介してハウジング内に取り付けられている。圧縮された作動媒体は、冷却ガスとして、圧縮機部分の段から取り出され、電気機械の冷却に用いられ得る。

【0003】

少なくとも１つの単段又は多段圧縮機部分と、１つ又は各圧縮機部分を駆動する電気機械と、を有するターボ機械装置は、統合モータ圧縮機とも呼ばれる。

【0004】

特許文献２からは、複数の圧縮機部分を有するターボ圧縮機が知られている。圧縮機部分と、圧縮機部分を駆動する電気機械とは、気密なハウジング内に配置されており、軸受を介してハウジングに取り付けられている。各圧縮機部分のシャフトと電気機械のシャフトとは、互いに対して同軸に延在しており、歯車装置を用いずに連結されている。圧縮機部分から分岐する、圧縮された作動媒体は、電気機械を冷却するために用いられる。

【0005】

特許文献３は、さらに、ターボ圧縮機を開示している。ターボ機械の圧縮機部分の圧縮機段の領域において圧縮された作動媒体を取り出し、当該作動媒体を冷却されるべきアセンブリに供給するために、作動媒体を、歯車側方空間を始点として、歯車側方空間端部を通過するように誘導し、作動媒体を、取り出し経路を通過して収集室に誘導することが開示されている。

【0006】

特に、ターボ機械装置のアセンブリを冷却するために、圧縮機部分の領域において圧縮された作動媒体を取り出し、冷却に用いる場合、ターボ機械装置の全体効率が低下するという欠点が存在する。加えて、圧縮された作動媒体は、圧縮の結果として既に加熱されており、その結果、冷却力が低下する。

【0007】

ターボ機械装置の電気機械を、ターボ機械装置の高い熱力学的な全体効率で、より効率的に冷却する必要性が存在する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】国際公開第２０１３／１３９５６８号

【特許文献2】欧州特許第１０７４７４６号明細書

【特許文献3】独国特許出願公開第１０２００７０１９２６４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

この必要性に基づき、本発明の課題は、新型のターボ機械装置を創出することにある。本課題は、請求項１に記載のターボ機械装置によって解決される。

【課題を解決するための手段】

【0010】

ターボ機械装置は、プロセスガス等の作動媒体の圧力を上昇させるために、少なくとも１つの単段又は多段圧縮機部分を備えており、各圧縮機部分は、圧縮機シャフトを含んでいる。さらに、ターボ機械装置は、シャフトを含む電気機械を備えている。各圧縮機部分の圧縮機シャフトは、電気機械のシャフトに対して同軸に延在している。

【0011】

各圧縮機部分の圧縮機シャフトは、好ましくは、電気機械のシャフトに直接、歯車装置を用いずに連結されている。

【0012】

電気機械と各圧縮機部分とは、共通の密閉された一体型又は複数の部分から成るハウジング内に配置され、軸受を介して、各圧縮機部分と電気機械と軸受とが、共に作動媒体によって洗浄されるように、ハウジング内に取り付けられている。圧縮されていない作動媒体は、供給導管を介してターボ機械装置に供給され得る。圧縮された作動媒体は、排出導管を介して、ターボ機械装置から排出され得る。

【0013】

さらに、請求項１に記載のターボ機械装置は、少なくとも１つのエジェクタを備えており、エジェクタは、第１の圧力レベルにある作動媒体が、推進剤として、すなわち、第２の導管又は第２の接続を介してより低い第２の圧力レベルにある作動媒体を吸い込むために、第１の導管又は第１の接続を介して供給され得、少なくとも１つのエジェクタ内で形成される、第１の圧力レベルにある作動媒体と第２の圧力レベルにある作動媒体との混合物は、冷却媒体として、電気機械及び／又は少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリ、特に軸受に、第３の導管又は第３の接続を介して供給され得る。

【0014】

本発明では、ターボ機械装置が、少なくとも１つのエジェクタを含んでおり、エジェクタには、第１の圧力レベルにある作動媒体、好ましくは少なくとも部分的に圧縮された作動媒体が、推進剤として供給され得、これによって、第１の圧力レベルにある作動媒体と、好ましくは圧縮されていない作動媒体である、より低い第２の圧力レベルにある作動媒体と、の間の圧力差によって、より低い第２の圧力レベルにある作動媒体が吸い込まれ、第２の圧力レベルにある作動媒体は、第１の圧力レベルにある作動媒体と混合され、当該混合物が、電気機械、及び／又は、少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリに、冷却のために供給されることが提案されている。

【0015】

電気機械及び／又は少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリを通過又は経由するように誘導される冷却媒体の一方の部分のみが、第１の圧力レベルにある作動媒体、好ましくは少なくとも部分的に圧縮された作動媒体から成り、作動媒体の他方の部分は、より低い第２の圧力レベルにあり、好ましくは圧縮されていない作動媒体から成るので、冷却媒体は、一方ではより低い温度を有し、これによって他方では、ターボ機械装置の熱力学的な全体効率は、増大し得る。ターボ機械装置の高い熱力学的な全体効率で、電気機械のより効率的な冷却が供給され得る。

【0016】

好ましくは、少なくとも１つのエジェクタが、第１の導管又は第１の接続を介して、１つの圧縮機部分若しくは圧縮機部分の内の１つ、又は、ターボ機械装置の排出導管、又は、ターボ機械装置の第１の漏出点に連結されている。好ましくは、少なくとも１つのエジェクタは、第２の導管又は第２の接続を介して、ターボ機械装置の供給導管、又は、ターボ機械装置の第２の漏出点、又は、電気機械及び／又は少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリを経由又は通過するように誘導される冷却媒体のためのターボ機械装置の戻り導管に連結されている。

【0017】

本発明の第１のさらなる発展形態によると、電気機械及び／又は少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリを経由又は通過するように誘導される冷却媒体のための戻り導管は、冷却媒体の戻り導管のターボ機械装置の供給導管への開口点が、ターボ機械装置の供給導管の貫流方向に見て、ターボ機械装置の供給導管の第２の導管又は第２の接続の分岐点の下流に位置するように、ターボ機械装置の供給導管に連結されている。第２の導管又は第２の接続の分岐点は、少なくとも１つのエジェクタに供給される、より小さい又はより低い圧力にある作動媒体を取り出すために用いられる。

【0018】

この本発明の第１のさらなる発展形態は、特に好ましい。戻り導管の供給導管への開口点が、供給導管の第２の導管又は第２の接続の分岐点の下流に位置するので、第２の導管又は第２の接続を介して、専ら圧縮されていない低温の作動媒体が、戻された冷却媒体を含まないエジェクタを介して吸い込まれることが保証されている。

【0019】

本発明の代替的な第２のさらなる発展形態によると、電気機械及び／又は少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリを通過又は経由するように誘導される冷却媒体のための戻り導管は、少なくとも１つのエジェクタ、又は、推進剤を少なくとも１つのエジェクタに供給するためのエジェクタの第２の接続に通じる第２の導管に連結されている。この第２のさらなる発展形態によって、電気機械を経由するように誘導される冷却媒体に関する閉鎖冷却回路が供給され得る。

【0020】

好ましくは、熱交換器又は冷却器が、効率を増大させるために、冷却媒体のための各戻り導管に組み込まれている。冷却媒体のための戻り導管に熱交換器を組み込むことは、電気機械及び／又は少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリの効率的な冷却に関して、特に好ましい。

【0021】

好ましくは、さらに効率を増大させるために、少なくとも１つのエジェクタが、第１の導管又は第１の接続を介して、１つの圧縮機部分又は圧縮機部分の内の１つに連結されており、少なくとも１つのエジェクタは、第２の導管又は第２の接続を介して、ターボ機械装置の供給導管に連結されている。このターボ機械装置のエジェクタの圧縮機部分との連結、及び、供給導管との連結は、ターボ機械装置の高い熱力学的な全体効率で、電気機械、及び／又は、軸受等の少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリの効率的な冷却を供給するために、特に好ましい。

【0022】

本発明の好ましいさらなる発展形態は、従属請求項及び以下の説明から得られる。

【0023】

本発明の例示的な態様を、図面を用いてより詳細に説明するが、これに限定されるものではない。示されているのは以下の図である。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明に係る第１のターボ機械装置を極めて概略的に示した図である。

【図2】本発明に係る第２のターボ機械装置を極めて概略的に示した図である。

【図3】本発明に係る第３のターボ機械装置を極めて概略的に示した図である。

【図4】本発明に係る第４のターボ機械装置を極めて概略的に示した図である。

【図5】本発明に係る第５のターボ機械装置を極めて概略的に示した図である。

【図6】本発明に係る第６のターボ機械装置を極めて概略的に示した図である。

【図7】本発明に係る第７のターボ機械装置を極めて概略的に示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明は、特に統合モータ圧縮機として具体化されたターボ機械装置１０に関するものである。

【0026】

図１は、統合モータ圧縮機として形成された、本発明に係るターボ機械装置１０の第１の例示的な態様を示しており、ターボ機械装置１０は、作動媒体の圧力を上昇させるため、好ましくはプロセスガスを圧縮するための圧縮機部分１１を含んでいる。図１に係る圧縮機部分１１は、複数の圧縮機段１２と圧縮機シャフト１３とを備えており、圧縮機部分１１、従ってターボ機械装置１０には、圧縮されていない作動媒体が、ターボ機械装置１０の供給導管１４を介して供給され得、圧縮機部分１１から、従ってターボ機械装置１０から、圧縮された作動媒体は、ターボ機械装置１０の排出導管１５を介して排出され得る。統合モータ圧縮機として形成された図１に係るターボ機械装置１０は、さらに、シャフト１７を有する電気機械１６を備えており、電気機械１６は、圧縮機部分１１を駆動するために用いられる。圧縮機シャフト１３と電気機械１６のシャフト１７とは、互いに対して同軸に延在している。さらに、圧縮機シャフト１３と電気機械１６のシャフト１７とは、好ましくは互いに直接、歯車装置を用いずに連結されている。

【0027】

電気機械１６と圧縮機部分１１とは、密閉され、従って気密な共通のハウジング１８内に配置され、軸受１９を介して、ハウジング１８内に回転可能に取り付けられている。気密なハウジング１８は、一体型として形成されていてもよいし、又は、複数の部分から構成されていてもよい。ここでは、圧縮機部分１１、電気機械１６及び軸受１９は、共に作動媒体、特にプロセスガスによって洗浄される。

【0028】

本発明に係るターボ機械装置１０は、少なくとも１つのエジェクタ２０を備えている。図１に示されたエジェクタ２０には、第１の導管２１又は第１の接続２２を介して、第１の圧力レベルにある作動媒体が推進剤として、すなわち、より低い第２の圧力レベルにある作動媒体を、第２の導管２３又は第２の接続２４を介して吸い込むために、供給され得、エジェクタ２０内で形成された、第１の圧力レベルにある作動媒体と第２の圧力レベルにある作動媒体との混合物は、冷却媒体として、電気機械１６、及び／又は、軸受１９等の、少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリに、第３の導管２５又は第３の接続２６を介して供給され得る。

【0029】

図１では、エジェクタ２０には、第１の導管２１又は第１の接続２２を介して、少なくとも部分的に圧縮された作動媒体が、第２の導管２３又は第２の接続２４を介して圧縮されていない作動媒体を吸い込むための推進剤として供給され得、エジェクタ２０内で形成された、少なくとも部分的に圧縮された作動媒体と圧縮されていない作動媒体との混合物は、冷却媒体として、電気機械１６、及び／又は、軸受１９等の、少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリに、第３の導管２５又は第３の接続２６を介して供給され得る。

【0030】

ここでは、エジェクタ２０は、混合室２０ａとディフューザ２０ｂとを備えており、混合室２０ａは、第１の接続２２及び第２の接続２４を供給し、ディフューザ２０ｂは、第３の接続２６を供給する。接続２２を介して誘導される部分的に圧縮された作動媒体は、推進剤として、好ましくは調節可能な駆動ノズルを介して、混合室２０ａに入る作動媒体のパルス噴流を形成する。エジェクタ２０には、圧縮機部分１１を始点として第１の導管２１を介して、混合室２０ａの第１の接続２２を介して、少なくとも部分的に圧縮された作動媒体が供給され得、当該作動媒体は、図１では、第１の圧力レベルにある作動媒体に相当し、図１では、部分的に圧縮された作動媒体は、圧縮機部分１１から分岐し、エジェクタ２０に向かって誘導される。

【0031】

第１の導管２１又は第１の接続２２を介してエジェクタ２０内に誘導される部分的に圧縮された作動媒体が、図１では、より低い第２の圧力レベルにある作動媒体に相当し、第２の導管２３又は第２の接続２４を介してエジェクタ２０内に誘導される圧縮されていない作動媒体よりも高い圧力を有することによって、圧縮されていない作動媒体は、この圧力差の結果として、好ましくは調節可能な駆動ノズルを介して、ターボ機械装置１０の供給導管１４を始点とし、第２の導管２３又は第２の接続２４を介して、エジェクタ２０の混合室２０ａ内へ吸い込まれ得るものであり、圧縮されていない媒体は、少なくとも部分的に圧縮された作動媒体と、混合室２０ａの領域において混合される。

【0032】

この少なくとも部分的に圧縮された作動媒体又は第１の圧力レベルにある作動媒体と圧縮されていない作動媒体又は第２の圧力レベルにある作動媒体との混合物は、エジェクタ２０のディフューザ２０ｂ、及び、ディフューザ２０ｂによって供給される第３の接続２６、及び、第３の導管２５を介して、電気機械１６、及び／又は、軸受１９等の少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリに、冷却のために供給される。

【0033】

図１では第１の圧力レベルにある作動媒体に相当する部分的に圧縮された作動媒体と図１では第２の圧力レベルにある作動媒体に相当する圧縮されていない作動媒体との混合比は、一方ではエジェクタの構造に依存し、他方では圧縮されていない作動媒体又は第２の圧力レベルにある作動媒体と部分的に圧縮された作動媒体又は第１の圧力レベルにある作動媒体との間における圧力差に依存しており、圧縮されていない作動媒体、又は、第２の導管２３を介して吸い込まれる第２の圧力レベルにある作動媒体の割合が大きくなる程、少なくとも部分的に圧縮された作動媒体又は第１の圧力レベルにある作動媒体と圧縮されていない作動媒体又は第２の圧力レベルにある作動媒体との間における圧力差は大きくなる。

【0034】

図１において、電気機械１６、及び／又は、軸受１９等の少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリを冷却するために、少なくとも部分的に圧縮された作動媒体と圧縮されていない作動媒体との混合物が、電気機械１６、及び／又は、軸受１９等の少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリを通るように誘導されるという事実ゆえに、冷却媒体は、少なくとも部分的に圧縮された作動媒体のみが、圧縮機部分１１から分岐し、冷却のために電気機械１６を通るように誘導される先行技術よりも低い温度を有している。これによって、冷却力を改善することが可能であり、さらに、ターボ機械装置１０の改善された熱力学的な全体効率が供給される。

【0035】

図１に示された例示的な態様では、エジェクタ２０、すなわちエジェクタ２０の混合室２０ａは、適切に、第１の導管２１又は第１の接続２２を介して、圧縮機部分１１、すなわち圧縮機部分１１の圧縮機段１２に連結されている。さらに、エジェクタ２０、すなわちエジェクタ２０の混合室２０ａは、図１では、第２の導管２３又は第２の接続２４を介して、ターボ機械装置１０の供給導管１４に連結されている。これに加えて、エジェクタ２０、すなわちエジェクタ２０のディフューザ２０ｂは、第３の導管２５又は第３の接続２６を介して、電気機械１６に連結されている。

【0036】

図１では、電気機械１６は、電気機械１６を経由するように誘導される冷却媒体のための戻り導管２７を介して、ターボ機械装置１０の供給導管１４に連結されており、すなわち、ターボ機械装置１０の供給導管１４への戻り導管２７の開口点２７ａは、ターボ機械装置１０の供給導管１４の貫流方向に見て、供給導管１４の第２の導管２３の分岐点２３ａの下流に位置している。これによって、第２の導管２３を介して、新鮮な作動媒体のみが導管２３で取り出されることが確実化される。

【0037】

図２は、図１に係るターボ機械装置１０のさらなる発展形態を示しており、図２に係るターボ機械装置１０は、戻り導管２７に、ターボ機械装置１０の供給導管１４に戻る前に冷却媒体を冷却するために、熱交換器２８又は冷却器が組み込まれているという点においてのみ、図１に係るターボ機械装置１０と異なっている。これもまた、熱力学的な全体効率を増大させるために用いられる。その他の点では、図２に係るターボ機械装置１０は、図１に係るターボ機械装置１０に対応しているので、不必要な繰り返しを避けるために、同じアセンブリには同じ参照符号が用いられ、図１に係るターボ機械装置１０に関する説明が参照される。

【0038】

図３は、図１に係るターボ機械装置１０の変更を示しており、図３に係るターボ機械装置１０には２つの圧縮機部分１１ａ、１１ｂが存在し、当該圧縮機部分はそれぞれ、圧縮機段１２ａ、１２ｂと圧縮機シャフト１３ａ、１３ｂとを備えており、これらの圧縮機部分１１ａ、１１ｂは、電気機械１６の互いに反対側に位置する側面に配置されている点で、図１と異なっている。両方の圧縮機シャフト１３ａ、１３ｂは、それぞれ好ましくは、電気機械１６の異なる側に、互いに反対側に配置されて、好ましくは直接、歯車装置を用いずに、電気機械１６のシャフト１７に連結されている。

【0039】

図３では、２つの圧縮機部分１１ａ、１１ｂは、直列に接続されている。圧縮機部分１１ａで圧縮された作動媒体はさらに、圧縮機部分１１ｂにおいて圧縮される。代替的に、圧縮機部分１１ａ、１１ｂを並列に接続することも可能であり、第１の導管２１は、２つの圧縮機部分１１ａ、１１ｂの内の１つの圧縮機部分の排出導管と接続されると共に、冷却媒体のための２つの圧縮機部分１１ａ、１１ｂの内の１つの圧縮機部分の供給導管１４への戻り導管２７とも接続される。

【0040】

図３では、圧縮機部分１１ａ、１１ｂは、それぞれ複数の圧縮機段を含むことも可能である。

【0041】

図３では、部分的に圧縮された作動媒体、すなわち、第１の圧縮機部分１１ａによって部分的に圧縮された作動媒体が、さらなる圧縮のために、あふれ導管２９、及び、あふれ導管２９から分岐する第１の導管２１を介して、第２の圧縮機部分１１ｂとエジェクタ２０とにも供給されるので、エジェクタ２０は再び、少なくとも部分的に圧縮された作動媒体と圧縮されていない作動媒体との間における圧力差によって、ターボ機械装置１０の供給導管１４から、圧縮されていない作動媒体を吸い込み、当該作動媒体を、エジェクタ２０の混合室２０ａの領域において、部分的に圧縮された作動媒体と混合することができる。エジェクタ２０から生じるこの混合物は、再び電気機械１６、及び／又は、軸受１９等の少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリに、その冷却のために供給される。図３では、圧縮された作動媒体のための、ターボ機械装置１０の排出導管１５は、第２の圧縮機部分１１ｂから離れるように延在している。

【0042】

図４は、図３に係るターボ機械装置１０の変更を示しており、やはり、熱交換器２８が、冷却媒体のための戻り導管２７に組み込まれているという点でのみ図３の例示的な態様と異なっており、戻り導管２７は、電気機械１６を経由又は通過するように誘導される冷却媒体を、ターボ機械装置１０の供給導管１４の方向に戻すものである。代替的又は付加的に、冷却器が導管２１、２３及び２５に組み込まれていてもよい。

【0043】

圧縮機部分の数及び配置を除いて、図３及び図４の例示的な態様は、図１及び図２の例示的な態様に対応しているので、不必要な繰り返しを避けるために、同じアセンブリには同じ参照符号が用いられる。

【0044】

図３及び図４では、圧縮機部分１１ａ、１１ｂは、並列にも接続され得る。この場合、ターボ機械装置１０の供給導管１４は、両方の圧縮機部分１１ａ、１１ｂに通じ得る。圧縮機部分１１ａ、１１ｂの並列接続を用いて、第１の導管２１は、好ましくは、２つの圧縮機部分１１ａ、１１ｂの内の１つの圧縮機部分の排出導管と接続され得ると共に、冷却媒体のための２つの圧縮機部分１１ａ、１１ｂの内の１つの圧縮機部分の供給導管１４への戻り導管２７とも接続され得る。

【0045】

図５は、図３に係るターボ機械装置１０の変更を示しており、図５は、エジェクタ２０に第１の導管２１または第１の接続２２を介して供給される推進剤として、部分的に圧縮された作動媒体は第１の圧縮機部分１１ａ内で用いられないが、完全に圧縮された作動媒体が第２の圧縮機部分１１ｂ内で用いられるので、図５によると、第１の導管２１はあふれ導管２９から分岐せず、ターボ機械装置１０の排出導管１５から分岐するという点で、図３に係るターボ機械装置１０と異なっている。従って、図５では、推進剤として用いられる圧縮された作動媒体と供給導管から吸い込まれる圧縮されていない作動媒体との間に、顕著に大きくなる圧力差が存在しており、図５において、エジェクタ２０内で形成される圧縮されていない作動媒体と圧縮された作動媒体との混合物は、好ましくは、図３におけるよりも大きい割合で、圧縮されていない作動媒体を含んでいる。残りの全ての詳細についてはそれぞれ、図５の例示的な態様は、図３の例示的な態様に対応するので、不必要な繰り返しを避けるために、同じアセンブリには同じ参照符号が用いられる。

【0046】

代替的に、多段圧縮機の構造を用いて、推進剤を、図１に類似した中間段から取り出すことも可能である。さらに、導管２３及び２７は、ターボ機械装置１０の供給導管１４の代わりに、あふれ導管２９で終端することも可能であり、これによって、冷却媒体は、圧縮機部分１１ｂの下流においてのみ取り出され、あふれ導管２９に戻される。

【0047】

図６は、図５に係る例示的な態様の変更を示しており、図６はやはり、熱交換器２８が、電気機械１６、又は、軸受１９等の少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリを経由又は通過するように誘導される冷却媒体のための、冷却媒体の戻り導管２７に組み込まれているという点においてのみ、図５と異なっている。

【0048】

図７は、本発明に係るターボ機械装置１０の一態様を示しており、図４に係るターボ機械装置１０の変更を表している。図４において、第２の導管２３が、ターボ機械装置１０の供給導管１４から分岐し、冷却媒体の戻り導管２７が、ターボ機械装置１０の供給導管１４に開口している一方で、図７では、冷却媒体のための閉鎖回路が、つまり第２の導管２３が、冷却媒体の戻り導管２７と連結されているという点で、存在している。従って、図７において、第１の圧縮機部分１１ａ内で部分的に圧縮された作動媒体は、やはり推進剤として適切に用いられ、当該作動媒体は、あふれ導管２９から分岐し、第１の導管２１を経由してエジェクタ２０に供給される一方で、図７では、圧縮されていない作動媒体が、エジェクタ２０によって吸い込まれることはなく、電気機械１６、及び／又は、軸受１９等の少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリを経由又は通過するように誘導される冷却媒体が吸い込まれ、当該冷却媒体は、冷却媒体の戻り導管２７を経由して、電気機械１６、及び／又は、軸受１９等の少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリから排出される。従って、第２の導管２３及び冷却媒体のための戻り導管２７は、図７において、冷却媒体のための閉鎖された冷却回路を形成しており、図７によると、当該冷却回路には、熱交換器２８が組み込まれている。

【0049】

図７では、エジェクタ２０には、第１の導管２１又は第１の接続２２を介して、第１の圧力レベルにある作動媒体が推進剤として、すなわち、より低い第２の圧力レベルにある作動媒体を、第２の導管２３又は第２の接続２４を介して吸い込むために供給され得、エジェクタ２０内で形成される、第１の圧力レベルにある作動媒体と第２の圧力レベルにある作動媒体との混合物は、冷却媒体として、電気機械１６、及び／又は、軸受１９等の少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリに、第３の導管２５又は第３の接続２６を介して供給され得る。図７では、第１の圧力レベルにある作動媒体は、圧縮機部分１１ａにおいて部分的に圧縮された作動媒体であるが、図７において第２の圧力レベルにある作動媒体は、電気機械１６、及び／又は、軸受１９等の少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリを経由又は通過するように誘導される冷却媒体であり、当該冷却媒体は、冷却媒体の戻り導管２７及び冷却器２８を介して、第２の導管２３、従って第２の接続２４に供給される。第１の導管２１又は第１の接続２２を介して推進剤を供給することによって、回路内での冷却媒体のいずれの損失も補償される。

【0050】

本発明は、電気機械１６、及び／又は、ターボ機械装置１０の軸受１９等の少なくとも１つの別の冷却されるべきアセンブリの、ターボ機械装置１０の高い熱力学的な全体効率による効果的な冷却を可能にする。

【0051】

本発明は、高い出力範囲を有する電気機械１６を、ターボ機械装置１０において用いることを可能にする。

【0052】

エジェクタ２０を通る流量は、好ましくは調節可能な駆動ノズル（図示せず）を用いて調節され得る。しかしながら、ターボ機械装置１０の最大限の単純さと堅牢性とを保証するために、このような好ましくは調節可能である駆動ノズルは省略可能であり、エジェクタ２０は、制御されていない状態で動作する。

【0053】

図１から図７において示されたターボ機械装置１０の例示的な態様では、エジェクタ２０は、それぞれの場合において、ハウジング１８の外側に位置しており、少なくとも導管２１、２５、２９の内のいくつかは、ハウジング１８の外側に、少なくとも部分的にハウジング１８を通って延在している。代替的に、エジェクタ２０がハウジング１８内に位置することも可能である。

【符号の説明】

【0054】

１０ ターボ機械装置
１１ 圧縮機部分
１１ａ 圧縮機部分
１１ｂ 圧縮機部分
１２ 圧縮機段
１２ａ 圧縮機段
１２ｂ 圧縮機段
１３ 圧縮機シャフト
１３ａ 圧縮機シャフト
１３ｂ 圧縮機シャフト
１４ 供給導管
１５ 排出導管
１６ 電気機械
１７ シャフト
１８ ハウジング
１９ 軸受
２０ エジェクタ
２０ａ 混合室
２０ｂ ディフューザ
２１ 第１の導管
２２ 第１の接続
２３ 第２の導管
２３ａ 分岐点
２４ 第２の接続
２５ 第３の導管
２６ 第３の接続
２７ 戻り導管
２７ａ 開口点
２８ 熱交換器
２９ あふれ導管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【外国語明細書】