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(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】P2024088227
(43)【公開日】2024-07-02
(54)【発明の名称】遠心圧縮機
(51)【国際特許分類】
F04D 29/58 20060101AFI20240625BHJP
F04D 25/16 20060101ALI20240625BHJP
【ＦＩ】
F04D29/58 S
F04D29/58 P
F04D29/58 Q
F04D25/16
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022203291
(22)【出願日】2022-12-20
(71)【出願人】
【識別番号】000003218
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 正悟
(72)【発明者】
【氏名】森 英文
(72)【発明者】
【氏名】光田 聡
(72)【発明者】
【氏名】加藤 弘晃
(72)【発明者】
【氏名】中根 芳之
【テーマコード（参考）】
3H130
【Ｆターム（参考）】
3H130AA13
3H130AB12
3H130AB27
3H130AB47
3H130AB62
3H130AB65
3H130AC03
3H130AC13
3H130BA24A
3H130BA24G
3H130BA33A
3H130BA33G
3H130CA06
3H130DA02Z
3H130DB01Z
3H130DB02Z
3H130DD01Z
3H130DG04X
3H130EA06A
3H130EA06C
3H130EB02A
3H130EB02E
(57)【要約】
【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
【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
【特許請求の範囲】
【請求項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。
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。
【請求項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請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項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請求項１又は請求項２に記載の遠心圧縮機。
【請求項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請求項１に記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１５－１５５６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【発明の効果】
【0011】
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。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
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。
【0014】
＜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。
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
＜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。
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
＜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。
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。
【0050】
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。
【0051】
＜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。
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。
【0052】
＜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。
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
＜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。
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。
【0058】
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。
【0059】
［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。
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
［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。
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。
【0063】
（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。
【0064】
（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。
【0065】
（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。
【0066】
［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。
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。
【0067】
○ 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。
【0068】
○ 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。
【0069】
○ 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。
○ 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。
【0070】
○ 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。
○ 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。
【0071】
○ 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。
○ 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。
【0072】
○ 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。
○ 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。
【0073】
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。
＜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。
【0074】
＜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。
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。
【0075】
＜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。
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。
【0076】
＜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。
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。
【符号の説明】
【0077】
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。
【図1】
【図2】