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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】P2025009244
(43)【公開日】2025-01-20
(54)【発明の名称】遠心圧縮機
(51)【国際特許分類】
   F04D 29/70 20060101AFI20250110BHJP
   F04D 29/42 20060101ALI20250110BHJP
【FI】
F04D29/70 L
F04D29/42 H
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023112109
(22)【出願日】2023-07-07
(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】國枝 享仁
(72)【発明者】
【氏名】下瀬 智也
(72)【発明者】
【氏名】加藤 弘晃
【テーマコード(参考)】
3H130
【Fターム(参考)】
3H130AA13
3H130AB07
3H130AB27
3H130AB47
3H130AB62
3H130AB66
3H130AB69
3H130AC13
3H130BA44A
3H130BA44J
3H130CA21
3H130DD01Z
3H130DG03X
3H130DJ02X
3H130EA04A
3H130EA04Z
3H130EB04Z
(57)【要約】
【課題】遠心圧縮機の運転効率の低下を抑制しつつも、流体に含まれている異物を効率良く捕捉することができ、且つ、フィルタの交換作業を容易なものとすること。
【解決手段】フィルタ部材70の取付部72が、フィルタ71が一体化された状態でフィルタ71を支持するとともにハウジング11における第2吐出通路47の下流側の開口端部を形成する開口壁部48に対して着脱可能に取り付けられている。このため、ハウジング11に対する取付部72の着脱が容易である。フィルタ部材70は、第2吐出通路47の軸線L10上に延びる貫通孔73を有している。よって、第2吐出通路47を第2吐出通路47の軸線L10上に流れる空気が貫通孔73を通過する。フィルタ71は、第2吐出通路47を通過する空気の旋回流に含まれる異物を捕捉する。したがって、フィルタ71によって第2吐出通路47を通過する空気に含まれている異物が効率良く捕捉される。
【選択図】図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体を圧縮するために回転するインペラと、
前記インペラを収容するインペラ室、前記インペラ室に流体を吸入する吸入口、及び前記インペラ室の周囲で前記インペラ室を渦巻状に取り囲むとともに前記インペラの回転によって圧縮された流体が旋回しながら流れるスクロール流路を区画するハウジングと、を備え、
流体に含まれている異物を捕捉するフィルタを備えている遠心圧縮機であって、
前記ハウジングは、前記スクロール流路に連通するとともに前記スクロール流路を旋回しながら流れる流体の旋回流が流れ込む筒状の吐出通路を有し、
前記フィルタを有するフィルタ部材を備え、
前記フィルタ部材は、
前記フィルタが一体化された状態で前記フィルタを支持するとともに前記ハウジングにおける前記吐出通路の下流側の開口端部を形成する開口壁部に対して着脱可能に取り付けられる取付部と、
前記吐出通路の軸線上に延びる貫通孔と、を有し、
前記フィルタは、前記吐出通路を通過する前記旋回流に含まれる異物を捕捉することを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項2】
前記取付部は、配管継手を兼ね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】
前記取付部は、前記吐出通路に挿入されるとともに前記貫通孔の一部を構成する筒部を有し、
前記筒部には、前記筒部の内外を連通させる連通孔が形成されており、
前記フィルタは、前記連通孔を覆った状態で前記筒部の外周に配置されてい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。
【請求項4】
前記連通孔は、前記筒部に複数形成されており、
前記複数の連通孔は、前記筒部の周方向で間隔を置いて配置されており、
前記フィルタは、前記筒部の外周面に沿って延びる環状であることを特徴とする請求項3に記載の遠心圧縮機。
【請求項5】
前記筒部は、前記吐出通路に挿入される挿入方向で先細りする円錐形状であることを特徴とする請求項3に記載の遠心圧縮機。
【請求項6】
前記取付部は、前記開口壁部における前記吐出通路の下流側の開口の周囲に位置する開口端面に沿って延びる板状の鍔部を有し、
前記鍔部には、ボルトが挿通されるボルト挿通孔が形成されており、
前記開口端面には、前記ボルトが螺合される雌ねじ孔が形成されており、
前記ボルト挿通孔に挿通された前記ボルトが前記雌ねじ孔に螺合されることにより、前記取付部が前記開口壁部に対して着脱可能に取り付けら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7】
前記流体は、燃料電池スタックに供給される空気であり、
前記インペラは、前記燃料電池スタックに供給される空気を圧縮するために回転す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】
遠心圧縮機は、インペラと、ハウジングと、を備えている。インペラは、流体を圧縮するために回転する。ハウジングは、インペラ室、吸入口、及びスクロール流路を区画する。インペラ室は、インペラを収容する。吸入口は、インペラ室に流体を吸入する。スクロール流路は、インペラ室の周囲でインペラ室を渦巻状に取り囲む。スクロール流路には、インペラの回転によって圧縮された流体が旋回しながら流れる。
【0003】
ところで、インペラの回転によって圧縮された流体には、異物が含まれていることがある。流体に異物が含まれていると、流体の供給先に異物が含まれた状態で供給されることになる。流体の供給先によっては、流体に異物が含まれた状態で流体が供給されると好ましくない場合がある。そこで、例えば特許文献1のように、フィルタによって流体に含まれている異物を捕捉した後に、供給先に流体を供給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2019-125498号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところが、このようなフィルタを、例えば、遠心圧縮機に採用する場合、フィルタが目詰まりすると、遠心圧縮機の吐出圧が過度に上昇してしまう虞がある。遠心圧縮機の吐出圧が過度に上昇してしまうと、インペラ室内において流体の逆流が生じることによりサージング現象が発生する虞がある。サージング現象は、インペラを振動させるため、その結果として、騒音が発生してしまう。したがって、このようなフィルタを採用する場合には、フィルタが目詰まりしたときに、フィルタを新しいフィルタに交換する必要がある。このため、フィルタの交換作業を容易なものとすることが望まれている。
【0006】
さらには、フィルタを採用することにより、流体の圧力損失が生じてしまうと、遠心圧縮機の運転効率が低下してしまう。したがって、フィルタを採用したとしても、フィルタによって流体の流れが極力妨げられないようにすることで、流体の圧力損失を抑えることが望まれている。また、流体に含まれている異物を効率良く捕捉することが望まれている。このように、遠心圧縮機の運転効率の低下を抑制しつつも、流体に含まれている異物を効率良く捕捉することができ、且つ、フィルタの交換作業を容易なものとすることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決する遠心圧縮機は、流体を圧縮するために回転するインペラと、前記インペラを収容するインペラ室、前記インペラ室に流体を吸入する吸入口、及び前記インペラ室の周囲で前記インペラ室を渦巻状に取り囲むとともに前記インペラの回転によって圧縮された流体が旋回しながら流れるスクロール流路を区画するハウジングと、を備え、流体に含まれている異物を捕捉するフィルタを備えている遠心圧縮機であって、前記ハウジングは、前記スクロール流路に連通するとともに前記スクロール流路を旋回しながら流れる流体の旋回流が流れ込む筒状の吐出通路を有し、前記フィルタを有するフィルタ部材を備え、前記フィルタ部材は、前記フィルタが一体化された状態で前記フィルタを支持するとともに前記ハウジングにおける前記吐出通路の下流側の開口端部を形成する開口壁部に対して着脱可能に取り付けられる取付部と、前記吐出通路の軸線上に延びる貫通孔と、を有し、前記フィルタは、前記吐出通路を通過する前記旋回流に含まれる異物を捕捉する。
【0008】
これによれば、フィルタ部材の取付部が、フィルタが一体化された状態でフィルタを支持するとともにハウジングにおける吐出通路の下流側の開口端部を形成する開口壁部に対して着脱可能に取り付けられている。このため、ハウジングに対する取付部の着脱が容易である。したがって、例えば、フィルタが目詰まりしたときに、取付部をハウジングから取り外すだけで、フィルタ部材をハウジングから取り外すことができる。よって、目詰まりしたフィルタを新しいフィルタに容易に交換することができるため、フィルタの交換作業を容易なものとすることができる。
【0009】
また、フィルタ部材は、吐出通路の軸線上に延びる貫通孔を有している。これによれば、吐出通路を吐出通路の軸線上に流れる流体が貫通孔を通過するため、フィルタを採用したとしても、フィルタによって流体の流れが極力妨げられないようになっている。したがって、フィルタ部材を通過する流体の圧力損失を抑えることができる。その結果、遠心圧縮機の運転効率の低下を抑制することができる。
【0010】
吐出通路を通過する流体の異物は、流体の旋回流に追従して流れ易いため、流体の旋回流には比較的多くの異物が含まれている。そこで、フィルタは、吐出通路を通過する流体の旋回流に含まれる異物を捕捉する。したがって、フィルタによって吐出通路を通過する流体に含まれている異物を効率良く捕捉することができる。以上により、遠心圧縮機の運転効率の低下を抑制しつつも、流体に含まれている異物を効率良く捕捉することができ、且つ、フィルタの交換作業を容易なものとすることができる。
【0011】
上記遠心圧縮機において、前記取付部は、配管継手を兼ねるとよい。
これによれば、取付部を、既存の構成である配管継手として機能させることができるため、配管継手と取付部とを別々に用意する必要が無い。したがって、部品点数を削減することができるため、遠心圧縮機を簡素な構成とすることができる。
【0012】
上記遠心圧縮機において、前記取付部は、前記吐出通路に挿入されるとともに前記貫通孔の一部を構成する筒部を有し、前記筒部には、前記筒部の内外を連通させる連通孔が形成されており、前記フィルタは、前記連通孔を覆った状態で前記筒部の外周に配置されているとよい。
【0013】
これによれば、フィルタが、連通孔を覆った状態で筒部の外周に配置されているため、吐出通路を通過する流体の旋回流に含まれている異物をフィルタによって効率良く捕捉することができる。そして、フィルタによって異物が捕捉された後の流体が、連通孔を通過して筒部の内側へ流れ込み、フィルタ部材の貫通孔を通過する。このような構成は、取付部と、貫通孔と、を有するとともに、吐出通路を通過する流体の旋回流に含まれる異物を捕捉するフィルタを備えているフィルタ部材として好適である。
【0014】
上記遠心圧縮機において、前記連通孔は、前記筒部に複数形成されており、前記複数の連通孔は、前記筒部の周方向で間隔を置いて配置されており、前記フィルタは、前記筒部の外周面に沿って延びる環状であるとよい。
【0015】
これによれば、フィルタが、筒部の外周面に沿って延びる環状であるため、筒部に連通孔が複数形成されている構成であっても、各連通孔を1つのフィルタで覆うことができる。そして、筒部に連通孔が複数形成されているため、フィルタによって異物が捕捉された後の流体を、各連通孔を介して筒部の内側へ効率良く流すことができる。したがって、流体に含まれている異物をさらに効率良く捕捉することができる。
【0016】
上記遠心圧縮機において、前記筒部は、前記吐出通路に挿入される挿入方向で先細りする円錐形状であるとよい。
これによれば、フィルタによって異物が捕捉された後の流体が連通孔にスムーズに流れ込むため、流体の圧力損失を抑制し易くすることができる。したがって、遠心圧縮機の運転効率の低下をさらに抑制し易くしつつも、流体に含まれている異物をさらに効率良く捕捉することができる。
【0017】
上記遠心圧縮機において、前記取付部は、前記開口壁部における前記吐出通路の下流側の開口の周囲に位置する開口端面に沿って延びる板状の鍔部を有し、前記鍔部には、ボルトが挿通されるボルト挿通孔が形成されており、前記開口端面には、前記ボルトが螺合される雌ねじ孔が形成されており、前記ボルト挿通孔に挿通された前記ボルトが前記雌ねじ孔に螺合されることにより、前記取付部が前記開口壁部に対して着脱可能に取り付けられているとよい。
【0018】
このような構成は、ハウジングにおける吐出通路の下流側の開口端部を形成する開口壁部に対して着脱可能に取り付けられる取付部を有するフィルタ部材として好適な構成である。
【0019】
上記遠心圧縮機において、前記流体は、燃料電池スタックに供給される空気であり、前記インペラは、前記燃料電池スタックに供給される空気を圧縮するために回転するとよい。
【0020】
空気に異物が含まれている状態で空気が燃料電池スタックに供給されてしまうと、燃料電池スタックの内部に異物が侵入してしまうことになるため、燃料電池スタックの発電効率が低下してしまう虞がある。そこで、空気に含まれている異物を効率良く捕捉することにより、燃料電池スタックの内部に異物が侵入してしまうことが抑制される。このため、燃料電池スタックの発電効率の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【0021】
この発明によれば、遠心圧縮機の運転効率の低下を抑制しつつも、流体に含まれている異物を効率良く捕捉することができ、且つ、フィルタの交換作業を容易なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
図1図1は、実施形態における遠心圧縮機の断面図である。
図2図2は、遠心圧縮機の断面図である。
図3図3は、フィルタ部材及び吐出配管の断面図である。
図4図4は、取付部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、遠心圧縮機を具体化した一実施形態を図1図4にしたがって説明する。本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、流体としての空気を圧縮する。
【0024】
<遠心圧縮機の基本構成>
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、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。
【0025】
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を有している。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。第3プレート17は、第1挿通孔23を有している。第1挿通孔23は、第3プレート17の中央部に形成されている。第1挿通孔23の軸線は、第1軸受保持部21の軸線と一致している。第1挿通孔23は、第1軸受保持部21の内側に連通している。
【0030】
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。
【0031】
第2プレート16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プレート16の中央部を貫通している。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の軸線は、第2軸受保持部25の軸線に一致している。
【0032】
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吸入口としての第1吸入口35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35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。第1吸入口35は、第1コンプレッサハウジング13に形成されている。第1吸入口35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35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。
【0033】
遠心圧縮機10は、インペラ室としての第1インペラ室36、スクロール流路としての第1スクロール流路37、及び第1ディフューザ流路38を備えている。第1インペラ室36、第1スクロール流路37、及び第1ディフューザ流路38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36、第1吸入口35、及び第1スクロール流路37を区画する。第1インペラ室36は、第1吸入口35に連通している。第1スクロール流路37は、第1インペラ室36の周囲で第1インペラ室36を渦巻状に取り囲む。第1スクロール流路37は、第1吸入口35の軸心周りに延びている。第1ディフューザ流路38は、第1インペラ室36と第1スクロール流路37とを連通している。第1インペラ室36は、第1挿通孔23に連通している。
【0034】
ハウジング11は、第1吐出配管39を有している。第1吐出配管39は、第1コンプレッサハウジング13の外周面から突出している。第1吐出配管39は、円筒状である。ハウジング11は、吐出通路としての第1吐出通路40を有している。第1吐出配管39の内側は、第1吐出通路40の一部を形成している。また、第1吐出通路40における第1吐出配管39の内側以外の部分は、第1コンプレッサハウジング13に形成されている。第1吐出通路40は、筒状である。第1吐出通路40の第1端は、第1スクロール流路37に連通している。第1吐出通路40の第2端は、第1吐出配管39の先端面に開口している。第1吐出通路40の第2端は、第1吐出通路40の下流側の開口端である。したがって、第1吐出配管39の先端部は、ハウジング11における第1吐出通路40の開口端部を形成する開口壁部41である。
【0035】
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吸入口としての第2吸入口42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42の軸線が、第2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の端壁12aとは反対側の端面に連結されている。第2吸入口42は、第2コンプレッサハウジング14に形成されている。第2吸入口42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。
【0036】
遠心圧縮機10は、インペラ室としての第2インペラ室43、スクロール流路としての第2スクロール流路44、及び第2ディフューザ流路45を備えている。第2インペラ室43、第2スクロール流路44、及び第2ディフューザ流路45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43、第2吸入口42、及び第2スクロール流路44を区画する。第2インペラ室43は、第2吸入口42に連通している。第2スクロール流路44は、第2インペラ室43の周囲で第2インペラ室43を渦巻状に取り囲む。第2スクロール流路44は、第2吸入口42の軸心周りに延びている。第2ディフューザ流路45は、第2インペラ室43と第2スクロール流路44とを連通している。第2インペラ室43は、第2挿通孔26に連通している。
【0037】
図2に示すように、ハウジング11は、第2吐出配管46を有している。第2吐出配管46は、第2コンプレッサハウジング14の外周面から突出している。第2吐出配管46は、円筒状である。ハウジング11は、吐出通路としての第2吐出通路47を有している。第2吐出配管46の内側は、第2吐出通路47の一部を形成している。また、第2吐出通路47における第2吐出配管46の内側以外の部分は、第2コンプレッサハウジング14に形成されている。第2吐出通路47は、筒状である。第2吐出通路47の第1端は、第2スクロール流路44に連通している。第2吐出通路47の第2端は、第2吐出配管46の先端面に開口している。第2吐出通路47の第2端は、第2吐出通路47の下流側の開口端である。したがって、第2吐出配管46の先端部は、ハウジング11における第2吐出通路47の開口端部を形成する開口壁部48である。
【0038】
第2吐出配管46の先端面は、開口壁部48における第2吐出通路47の下流側の開口の周囲に位置する開口端面48eである。開口端面48eは、平坦面状である。開口端面48eには、ボルト65が螺合される雌ねじ孔48hが複数形成されている。
【0039】
図1に示すように、第2吐出配管46には、供給配管66が接続されている。供給配管66は、燃料電池スタック67に接続されている。供給配管66の第1端は、第2吐出通路47に接続されている。供給配管66の第2端は、燃料電池スタック67に接続されている。
【0040】
遠心圧縮機10は、接続配管68を備えている。接続配管68の第1端は、第1吐出配管39に接続されている。そして、接続配管68の第1端は、第1吐出通路40に連通している。接続配管68の第2端は、第2吸入口42に連通している。接続配管68内には、第1スクロール流路37から第1吐出通路40に吐出された空気が流れる。そして、接続配管68内を通過した空気は、第2吸入口42を介して第2インペラ室43に吸入される。
【0041】
遠心圧縮機10は、回転軸50を備えている。回転軸50は、回転軸50の軸線とモータハウジング12の周壁12bの軸線とが一致した状態で、モータ室18内を横切っている。回転軸50の軸方向の一端である第1端は、モータ室18内から第1軸受保持部21の内側、第1挿通孔23を通過して第1インペラ室36内へ突出している。回転軸50の軸方向の他端である第2端は、モータ室18内から第2軸受保持部25の内側、第2挿通孔26を通過して第2インペラ室43内へ突出している。
【0042】
モータ20は、ロータ51と、ステータ52と、を備えている。ロータ51は、回転軸50に固定されている。ロータ51は、回転軸50に固定された円筒状のロータコア53と、ロータコア53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。ロータ51は、回転軸50と一体に回転する。
【0043】
ステータ52は、モータハウジング12に固定されている。ステータ52は、ロータ51の外側に配置されている。ステータ52は、円筒状のステータコア54と、コイル55と、を有している。ステータコア54は、モータハウジング12の周壁12bの内周面に固定されている。コイル55は、ステータコア54に巻回されている。そして、図示しないバッテリからコイル55に電流が流れることによって、回転軸50がロータ51と一体に回転する。
【0044】
遠心圧縮機10は、第1動圧滑り軸受56及び第2動圧滑り軸受57を備えている。第1動圧滑り軸受56は円筒状である。第1動圧滑り軸受56は、第1軸受保持部21に保持されている。第1動圧滑り軸受56は、回転軸50を第1プレート15に対して回転可能に支持する。
【0045】
第2動圧滑り軸受57は円筒状である。第2動圧滑り軸受57は、第2軸受保持部25に保持されている。第2動圧滑り軸受57は、回転軸50をモータハウジング12の端壁12aに対して回転可能に支持する。したがって、第1動圧滑り軸受56及び第2動圧滑り軸受57は、回転軸50をハウジング11に対して回転可能に支持する。
【0046】
遠心圧縮機10は、インペラとしての第1インペラ61を備えている。遠心圧縮機10は、インペラとしての第2インペラ62を備えている。第1インペラ61は、回転軸50の第1端に連結されている。第1インペラ61は、第1インペラ室36に収容されている。したがって、第1インペラ室36は、第1インペラ61を収容する。第1インペラ61は、回転軸50と一体的に回転する。第1インペラ61が回転すると、第1吸入口35から第1インペラ室36に空気が吸入される。したがって、第1吸入口35は、第1インペラ室36に空気を吸入する。第1インペラ61は、第1インペラ室36に吸入された空気を圧縮するために回転軸50と一体に回転する。
【0047】
第2インペラ62は、回転軸50の第2端に連結されている。第2インペラ62は、第2インペラ室43に収容されている。したがって、第2インペラ室43は、第2インペラ62を収容する。第2インペラ62は、回転軸50と一体的に回転する。第2インペラ62が回転すると、第2吸入口42から第2インペラ室43に空気が吸入される。したがって、第2吸入口42は、第2インペラ室43に空気を吸入する。第2インペラ62は、第2インペラ室43に吸入された空気を圧縮するために回転軸50と一体に回転する。第2インペラ62は、第1インペラ61によって圧縮された後の空気を圧縮する。第1インペラ61及び第2インペラ62は、燃料電池スタック67に供給される空気を圧縮するために回転する。したがって、本実施形態の遠心圧縮機10で圧縮される流体は、燃料電池スタック67に供給される空気である。
【0048】
第1インペラ61及び第2インペラ62は、モータ20の駆動によって回転軸50と一体に回転する。したがって、モータ20は、第1インペラ61及び第2インペラ62を回転させる。
【0049】
遠心圧縮機10は、第1シール部材63を備えている。第1シール部材63は、第1挿通孔23と回転軸50との間に設けられている。第1シール部材63は、第1インペラ室36から第1挿通孔23及び第1軸受保持部21の内側を介してモータ室18内に向かう空気の洩れを抑制する。第1シール部材63は、例えば、シールリングである。
【0050】
遠心圧縮機10は、第2シール部材64を備えている。第2シール部材64は、第2挿通孔26と回転軸50との間に設けられている。第2シール部材64は、第2インペラ室43から第2挿通孔26及び第2軸受保持部25の内側を介してモータ室18内に向かう空気の洩れを抑制する。第2シール部材64は、例えば、シールリングである。
【0051】
第1吸入口35を介して第1インペラ室36に吸入された空気は、第1インペラ61の回転によって加速されながら、第1ディフューザ流路38に送り込まれて、第1ディフューザ流路38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38を通過した空気は、第1スクロール流路37に吐出される。第1スクロール流路37に吐出された空気は、第1スクロール流路37を旋回しながら流れる。したがって、第1スクロール流路37には、第1インペラ61の回転によって圧縮された空気が旋回しながら流れる。第1スクロール流路37に吐出された空気は、第1吐出通路40に吐出される。第1吐出通路40には、第1スクロール流路37を旋回しながら流れる空気の旋回流が流れ込む。第1吐出通路40に吐出された空気は、接続配管68を介して第2吸入口42に吸入される。
【0052】
第2吸入口42に吸入された空気は、第2インペラ室43に吸入される。第2インペラ室43に吸入された空気は、第2インペラ62の回転によって加速されながら、第2ディフューザ流路45に送り込まれて、第2ディフューザ流路45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45を通過した空気は、第2スクロール流路44に吐出される。第2スクロール流路44に吐出された空気は、第2スクロール流路44を旋回しながら流れる。したがって、第2スクロール流路44には、第2インペラ62の回転によって圧縮された空気が旋回しながら流れる。第2スクロール流路44に吐出された空気は、第2吐出通路47に吐出される。第2吐出通路47には、図2において破線の矢印で示すように、第2スクロール流路44を旋回しながら流れる空気の旋回流が流れ込む。第2吐出通路47に吐出された空気は、供給配管66を介して燃料電池スタック67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67に対して空気を供給する。燃料電池スタック67に供給された空気に含まれる酸素は、燃料電池スタック67の発電に寄与する。
【0053】
<フィルタ部材>
図3に示すように、遠心圧縮機10は、フィルタ部材70を備えている。フィルタ部材70は、フィルタ71と、取付部72と、貫通孔73と、を有している。したがって、遠心圧縮機10は、フィルタ71を備えている。
【0054】
取付部72は、筒状である。取付部72は、本体部74と、筒部75と、板状の鍔部76と、を有している。本体部74は、円筒状である。本体部74の外径は一定である。本体部74の内側は、本体孔77になっている。本体孔77の孔径は一定である。本体孔77は、本体部74の第1端から第2端にかけて貫通している。本体孔77の軸線は、本体部74の軸線に一致している。
【0055】
筒部75は、本体部74の第1端から延びている。筒部75は、本体部74の第1端に連続している。筒部75は、本体部74から離間するにつれて先細りする円錐形状である。筒部75における本体部74とは反対側の端部は、開口している。筒部75の内側は、円錐孔78になっている。円錐孔78は、本体孔77の第1端に連通している。円錐孔78の軸線は、本体孔77の軸線に一致している。
【0056】
図4に示すように、取付部72は、鍔部76を一対有している。各鍔部76は、本体部74の外周面における本体部74の第1端部に位置する部分から外方へ突出している。一対の鍔部76は、本体部74の周方向で互いに180度離れた位置に配置されている。各取付部72は、平板状である。各取付部72は、各々の厚み方向が本体部74の軸方向に一致した状態で、本体部74の外周面から外方へ突出している。
【0057】
図3に示すように、取付部72は、各鍔部76が、開口壁部48における第2吐出通路47の下流側の開口の周囲に位置する開口端面48eに沿って延びた状態で、第2吐出配管46に対して配置されている。したがって、各鍔部76は、開口端面48eに沿って延びている。
【0058】
各鍔部76には、ボルト挿通孔79が形成されている。各ボルト挿通孔79には、ボルト65が挿通される。そして、各ボルト挿通孔79に挿通された各ボルト65が各雌ねじ孔48hに螺合されることにより、取付部72が第2吐出配管46の開口壁部48に対して着脱可能に取り付けられている。したがって、取付部72は、開口壁部48に対して着脱可能に取り付けられている。
【0059】
取付部72が第2吐出配管46の開口壁部48に対して取り付けられている状態では、筒部75は、第2吐出通路47に挿入された状態になっている。したがって、筒部75は、第2吐出通路47に挿入されている。よって、筒部75は、第2吐出通路47に挿入される挿入方向Z1で先細りする円錐形状である。
【0060】
取付部72が第2吐出配管46の開口壁部48に対して取り付けられた状態では、本体孔77の軸線及び円錐孔78の軸線は、第2吐出通路47の軸線L10に一致している。貫通孔73は、本体孔77及び円錐孔78によって形成されている。したがって、筒部75は、貫通孔73の一部を構成している。貫通孔73は、第2吐出通路47の軸線L10上に延びている。
【0061】
取付部72は、抜け止め部80を有している。抜け止め部80は、本体部74の外周面における本体部74の第2端に位置する部分から環状に突出している。したがって、抜け止め部80は、本体部74の外周面における筒部75とは反対側の端部に設けられている。抜け止め部80は、鉤状である。
【0062】
図3及び図4に示すように、筒部75には、連通孔81が形成されている。連通孔81は、筒部75に複数形成されている。本実施形態では、連通孔81は、筒部75に4つ形成されている。複数の連通孔81は、筒部75の周方向で間隔を置いて配置されている。詳細には、4つの連通孔81は、筒部75の周方向で90度間隔置きに配置されている。各連通孔81は、筒部75の内外を連通させる。各連通孔81は、例えば、略台形孔状である。
【0063】
図3に示すように、フィルタ71は、例えば、異物を捕捉可能に構成された多孔質材である。フィルタ71は、空気の通過を許容し、且つ、空気に含まれている異物を捕捉可能に構成されている。フィルタ71は、環状である。フィルタ71は、筒部75の外周面に沿って延びている。フィルタ71は、各連通孔81を覆った状態で筒部75の外周に配置されている。フィルタ71は、筒部75の外周面に対して、例えば、接着剤によって接合されている。したがって、取付部72は、フィルタ71が一体化された状態でフィルタ71を支持する。フィルタ71は、筒部75の外周面と第2吐出配管46の内周面との間に配置されている。フィルタ71は、第2吐出配管46の内周面に密着している。フィルタ71は、第2吐出通路47を通過する空気の旋回流に含まれる異物を捕捉する。したがって、フィルタ71は、空気に含まれている異物を捕捉する。なお、第2吐出通路47を通過する空気の旋回流を図3において破線の矢印で示している。
【0064】
取付部72の本体部74には、供給配管66が接続されている。供給配管66は、例えば、ゴムホースである。供給配管66は、本体部74を囲繞した状態で本体部74に取り付けられている。供給配管66は、拘束部材82により拘束された状態で、取付部72の本体部74に取り付けられている。拘束部材82は、例えば、金属製である環状の拘束バンドである。拘束部材82は、本体部74に対して、抜け止め部80よりも筒部75寄りに配置されている。抜け止め部80は、拘束部材82における筒部75とは反対側への抜けを防止している。
【0065】
取付部72は、供給配管66と第2吐出配管46とを中継する配管継手として機能している。したがって、取付部72は、配管継手を兼ねる。このように、第2吐出配管46には、取付部72を介して供給配管66が接続されている。
【0066】
[実施形態の作用]
次に、実施形態の作用について説明する。
第2吐出通路47を通過する空気の異物は、空気の旋回流に追従して流れ易いため、空気の旋回流には比較的多くの異物が含まれている。フィルタ71は、各連通孔81を覆った状態で筒部75の外周に配置されている。このため、第2吐出通路47を通過する空気の旋回流に含まれている異物がフィルタ71によって効率良く捕捉される。そして、フィルタ71によって異物が捕捉された後の空気が、各連通孔81を通過して筒部75の内側へ流れ込み、フィルタ部材70の貫通孔73を通過する。
【0067】
また、フィルタ部材70は、第2吐出通路47の軸線L10上に延びる貫通孔73を有している。よって、第2吐出通路47を第2吐出通路47の軸線L10上に流れる空気が貫通孔73を通過するため、フィルタ71を採用したとしても、フィルタ71によって空気の流れが極力妨げられないようになっている。したがって、フィルタ部材70を通過する空気の圧力損失が抑えられている。
【0068】
貫通孔73を通過した空気は、供給配管66を介して燃料電池スタック67に供給される。ここで、空気に異物が含まれている状態で空気が燃料電池スタック67に供給されてしまうと、燃料電池スタック67の内部に異物が侵入してしまうことになるため、燃料電池スタック67の発電効率が低下してしまう虞がある。本実施形態では、空気に含まれている異物が効率良く捕捉されているため、燃料電池スタック67の内部に異物が侵入してしまうことが抑制されている。このため、燃料電池スタック67の発電効率の低下が抑制されている。
【0069】
[実施形態の効果]
実施形態では以下の効果を得ることができる。
(1)フィルタ部材70の取付部72が、フィルタ71が一体化された状態でフィルタ71を支持するとともにハウジング11における第2吐出通路47の下流側の開口端部を形成する開口壁部48に対して着脱可能に取り付けられている。このため、ハウジング11に対する取付部72の着脱が容易である。したがって、例えば、フィルタ71が目詰まりしたときに、取付部72をハウジング11から取り外すだけで、フィルタ部材70をハウジング11から取り外すことができる。よって、目詰まりしたフィルタ71を新しいフィルタ71に容易に交換することができるため、フィルタ71の交換作業を容易なものとすることができる。
【0070】
また、フィルタ部材70は、第2吐出通路47の軸線L10上に延びる貫通孔73を有している。これによれば、第2吐出通路47を第2吐出通路47の軸線L10上に流れる空気が貫通孔73を通過するため、フィルタ71を採用したとしても、フィルタ71によって空気の流れが極力妨げられないようになっている。したがって、フィルタ部材70を通過する空気の圧力損失を抑えることができる。その結果、遠心圧縮機10の運転効率の低下を抑制することができる。
【0071】
第2吐出通路47を通過する空気の異物は、空気の旋回流に追従して流れ易いため、空気の旋回流には比較的多くの異物が含まれている。そこで、フィルタ71は、第2吐出通路47を通過する空気の旋回流に含まれる異物を捕捉する。したがって、フィルタ71によって第2吐出通路47を通過する空気に含まれている異物を効率良く捕捉することができる。以上により、遠心圧縮機10の運転効率の低下を抑制しつつも、空気に含まれている異物を効率良く捕捉することができ、且つ、フィルタ71の交換作業を容易なものとすることができる。
【0072】
(2)取付部72は、配管継手を兼ねる。これによれば、取付部72を、既存の構成である配管継手として機能させることができるため、配管継手と取付部72とを別々に用意する必要が無い。したがって、部品点数を削減することができるため、遠心圧縮機10を簡素な構成とすることができる。
【0073】
(3)フィルタ71が、連通孔81を覆った状態で筒部75の外周に配置されているため、第2吐出通路47を通過する空気の旋回流に含まれている異物をフィルタ71によって効率良く捕捉することができる。そして、フィルタ71によって異物が捕捉された後の空気が、連通孔81を通過して筒部75の内側へ流れ込み、フィルタ部材70の貫通孔73を通過する。このような構成は、取付部72と、貫通孔73と、を有するとともに、第2吐出通路47を通過する空気の旋回流に含まれる異物を捕捉するフィルタ71を備えているフィルタ部材70として好適である。
【0074】
(4)フィルタ71が、筒部75の外周面に沿って延びる環状であるため、筒部75に連通孔81が複数形成されている構成であっても、各連通孔81を1つのフィルタ71で覆うことができる。そして、筒部75に連通孔81が複数形成されているため、フィルタ71によって異物が捕捉された後の空気を、各連通孔81を介して筒部75の内側へ効率良く流すことができる。したがって、空気に含まれている異物をさらに効率良く捕捉することができる。
【0075】
(5)筒部75は、第2吐出通路47に挿入される挿入方向Z1で先細りする円錐形状である。これによれば、フィルタ71によって異物が捕捉された後の空気が連通孔81にスムーズに流れ込むため、空気の圧力損失を抑制し易くすることができる。したがって、遠心圧縮機10の運転効率の低下をさらに抑制し易くしつつも、空気に含まれている異物をさらに効率良く捕捉することができる。
【0076】
(6)ボルト挿通孔79に挿通されたボルト65が雌ねじ孔48hに螺合されることにより、取付部72が開口壁部48に対して着脱可能に取り付けられている。このような構成は、ハウジング11における第2吐出通路47の下流側の開口端部を形成する開口壁部48に対して着脱可能に取り付けられる取付部72を有するフィルタ部材70として好適な構成である。
【0077】
(7)空気に異物が含まれている状態で空気が燃料電池スタック67に供給されてしまうと、燃料電池スタック67の内部に異物が侵入してしまうことになるため、燃料電池スタック67の発電効率が低下してしまう虞がある。そこで、空気に含まれている異物を効率良く捕捉することにより、燃料電池スタック67の内部に異物が侵入してしまうことが抑制される。このため、燃料電池スタック67の発電効率の低下を抑制することができる。
【0078】
(8)例えば、フィルタ71が目詰まりしたとしても、第2吐出通路47を第2吐出通路47の軸線L10上に流れる空気が貫通孔73を通過するため、遠心圧縮機10の吐出圧が過度に上昇してしまうことが回避されている。したがって、第2インペラ室43内において空気の逆流が生じることによりサージング現象が発生してしまうといった問題を回避することができる。その結果、第2インペラ62の振動が抑制されるため、騒音を抑制することができる。
【0079】
[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。
【0080】
○ 実施形態において、取付部72が配管継手を兼ねていなくてもよい。例えば、遠心圧縮機10は、供給配管66を備えており、供給配管66における第2吐出配管46側の端部が取付部72になっていてもよい。この場合、取付部72とは別に配管継手が取付部と第2吐出配管46との間に設けられていてもよいし、取付部と第2吐出配管46との間に配管継手が設けられていなくてもよい。
【0081】
○ 実施形態において、例えば、各連通孔81にメッシュ状のフィルタ71が取り付けられていてもよい。各フィルタ71は、各連通孔81を閉塞するように各連通孔81に接合されている。各フィルタ71は、例えば、スポット溶接により各連通孔81に接合されている。この場合は、フィルタ71の網目は、空気の通過を許容し、且つ、空気に含まれている異物を捕捉可能に設定されている。
【0082】
○ 実施形態において、筒部75に形成される連通孔81の数は特に限定されるものではない。例えば、筒部75に連通孔81が1つだけ形成されていてもよい。この場合、フィルタ71は、筒部75の外周面に沿って延びる環状でなくてもよく、例えば、1つの連通孔81を覆った状態で筒部75の外周の一部分にのみ配置されていてもよい。
【0083】
○ 実施形態において、連通孔81の形状は特に限定されるものではない。連通孔81は、例えば、円孔状であってもよいし、四角孔状であってもよい。
○ 実施形態において、筒部75は、第2吐出通路47に挿入される挿入方向Z1で先細りしていなくてもよく、外径が一定であってもよい。この場合、筒部75の外径は、第2吐出配管46の内径よりも小さい。そして、フィルタ71が、筒部75の外周面と第2吐出配管46の内周面との間に配置可能になっている。
【0084】
○ 実施形態において、取付部72は、例えば、鍔部76を貫通する圧入ピンが開口壁部48に設けられた孔に圧入されることにより、開口壁部48に対して着脱可能に取り付けられていてもよい。
【0085】
○ 実施形態において、フィルタ71は、例えば、本体部74の内周面に設けられていてもよい。この場合、例えば、環状のフィルタ71が本体部74の内周面に接合されている。環状のフィルタ71の内側は、貫通孔73の一部を形成している。このような場合、取付部72は、筒部75を有していない構成であってもよい。
【0086】
○ 実施形態において、ハウジング11は、例えば、第2吐出配管46を有していない構成であってもよい。そして、第2吐出通路47の第2端が、第2コンプレッサハウジング14の外周面に開口していてもよい。この場合、第2コンプレッサハウジング14の外周面の一部が、第2吐出通路47の開口端部を形成する開口壁部48である。そして、第2コンプレッサハウジング14の外周面における第2吐出通路47の下流側の開口の周囲の部分が、開口壁部48における第2吐出通路47の下流側の開口の周囲に位置する開口端面48eである。
【0087】
○ 実施形態において、遠心圧縮機10は、第2インペラ62を備えていない構成であってもよい。この場合、フィルタ部材70の取付部72は、ハウジング11における第1吐出通路40の開口端部を形成する開口壁部41に対して着脱可能に取り付けられている。
【0088】
○ 実施形態において、遠心圧縮機10は、第2インペラ62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。この場合、フィルタ部材70の取付部72は、ハウジング11における第1吐出通路40の開口端部を形成する開口壁部41に対して着脱可能に取り付けられている。
【0089】
○ 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67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。
【0090】
[付記]
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>
流体を圧縮するために回転するインペラと、
前記インペラを収容するインペラ室、前記インペラ室に流体を吸入する吸入口、及び前記インペラ室の周囲で前記インペラ室を渦巻状に取り囲むとともに前記インペラの回転によって圧縮された流体が旋回しながら流れるスクロール流路を区画するハウジングと、を備え、
流体に含まれている異物を捕捉するフィルタを備えている遠心圧縮機であって、
前記ハウジングは、前記スクロール流路に連通するとともに前記スクロール流路を旋回しながら流れる流体の旋回流が流れ込む筒状の吐出通路を有し、
前記フィルタを有するフィルタ部材を備え、
前記フィルタ部材は、
前記フィルタが一体化された状態で前記フィルタを支持するとともに前記ハウジングにおける前記吐出通路の下流側の開口端部を形成する開口壁部に対して着脱可能に取り付けられる取付部と、
前記吐出通路の軸線上に延びる貫通孔と、を有し、
前記フィルタは、前記吐出通路を通過する前記旋回流に含まれる異物を捕捉することを特徴とする遠心圧縮機。
【0091】
<付記2>
前記取付部は、配管継手を兼ねることを特徴とする<付記1>に記載の遠心圧縮機。
<付記3>
前記取付部は、前記吐出通路に挿入されるとともに前記貫通孔の一部を構成する筒部を有し、
前記筒部には、前記筒部の内外を連通させる連通孔が形成されており、
前記フィルタは、前記連通孔を覆った状態で前記筒部の外周に配置されていることを特徴とする<付記1>又は<付記2>に記載の遠心圧縮機。
【0092】
<付記4>
前記連通孔は、前記筒部に複数形成されており、
前記複数の連通孔は、前記筒部の周方向で間隔を置いて配置されており、
前記フィルタは、前記筒部の外周面に沿って延びる環状であることを特徴とする<付記3>に記載の遠心圧縮機。
【0093】
<付記5>
前記筒部は、前記吐出通路に挿入される挿入方向で先細りする円錐形状であることを特徴とする<付記3>又は<付記4>に記載の遠心圧縮機。
【0094】
<付記6>
前記取付部は、前記開口壁部における前記吐出通路の下流側の開口の周囲に位置する開口端面に沿って延びる板状の鍔部を有し、
前記鍔部には、ボルトが挿通されるボルト挿通孔が形成されており、
前記開口端面には、前記ボルトが螺合される雌ねじ孔が形成されており、
前記ボルト挿通孔に挿通された前記ボルトが前記雌ねじ孔に螺合されることにより、前記取付部が前記開口壁部に対して着脱可能に取り付けられていることを特徴とする<付記1>~<付記5>のいずれか1つに記載の遠心圧縮機。
【0095】
<付記7>
前記流体は、燃料電池スタックに供給される空気であり、
前記インペラは、前記燃料電池スタックに供給される空気を圧縮するために回転することを特徴とする<付記1>~<付記6>のいずれか1つに記載の遠心圧縮機。
【符号の説明】
【0096】
10…遠心圧縮機、11…ハウジング、35…吸入口としての第1吸入口、36…インペラ室としての第1インペラ室、37…スクロール流路としての第1スクロール流路、40…吐出通路としての第1吐出通路、41…開口壁部、42…吸入口としての第2吸入口、43…インペラ室としての第2インペラ室、44…スクロール流路としての第2スクロール流路、47…吐出通路としての第2吐出通路、48…開口壁部、48e…開口端面、48h…雌ねじ孔、61…インペラとしての第1インペラ、62…インペラとしての第2インペラ、65…ボルト、67…燃料電池スタック、70…フィルタ部材、71…フィルタ、72…取付部、73…貫通孔、75…筒部、76…鍔部、79…ボルト挿通孔、81…連通孔。
図1
図2
図3
図4