JP2009168241A - Rotational shaft device and fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotational shaft device preventing a shaft and/or a dynamic pressure bearing from being damaged, and to provide a fuel cell system. <P>SOLUTION: The rotational shaft device comprises: a case 2 including a working chamber 20 and a gas inlet port 21 communicating with the working chamber 20; a shaft 4 rotatably disposed to the working chamber 20 of the case 2; a drive part 5 rotating the shaft 4; dynamic pressure type gas bearings 6 (61, 62, 63) disposed to the working chamber 20 of the case 2 and generating a dynamic pressure ascending force rotatably supporting the shaft 4; and a gas inlet part 7 connected with the gas inlet port 21 of the case 2. The gas inlet part 7 introduces the gas to the working chamber 20 of the case 2 from the gas inlet prot 21 to increase pressure of gas in the working chamber 20 and thereby to increase density of the gas, and increases the dynamic pressure ascending force of the gas bearing 6. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、動圧型の気体軸受を有する回転シャフト装置、および、回転シャフト装置をもつ燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a rotating shaft device having a dynamic pressure type gas bearing and a fuel cell system having the rotating shaft device.

従来、特許文献１には、静圧軸受でシャフトを回転可能に支持する気体軸受装置が開示されている。このものによれば、シャフトを回転可能に支持する複数個の静圧型の軸受とタンクの蓄圧室とを導入配管を介してそれぞれ接続し、各導入配管に電磁弁を設け、各電磁弁を開弁させることにより、蓄圧室の気体を各導入配管を介して複数の静圧型の軸受にそれぞれ供給する。特許文献２には、シャフトを動圧軸受で非接触状態で回転可能に支持しているカークーラコンプレッサが開示されている。
実開昭６２−１８４２４号公報 実開昭６０−１７１９９２号公報 Conventionally, Patent Literature 1 discloses a gas bearing device that rotatably supports a shaft with a hydrostatic bearing. According to this, a plurality of hydrostatic bearings that rotatably support the shaft and the pressure accumulating chamber of the tank are respectively connected through the introduction pipes, electromagnetic valves are provided in the respective introduction pipes, and each electromagnetic valve is opened. By making the valve, the gas in the pressure accumulating chamber is supplied to each of a plurality of static pressure type bearings via each introduction pipe. Patent Document 2 discloses a car cooler compressor in which a shaft is rotatably supported by a hydrodynamic bearing in a non-contact state.
Japanese Utility Model Publication No. 62-18424 Japanese Utility Model Publication No. 60-171992

ところで、特許文献１に係る技術によれば、電磁弁を開弁させることにより、蓄圧室の気体を導入配管を介して複数の静圧型の軸受にそれぞれ供給する。電磁弁を閉弁させれば、蓄圧室の気体は導入配管を介して複数の静圧型の軸受に供給されなくなり、静圧型の軸受は軸受機能を発揮させない。このためシャフトの回転中において、静圧型の軸受の軸受機能を連続的に発揮させるためには、電磁弁を常に開弁させ、蓄圧室の気体を導入配管を介して軸受に連続的に供給させなければならず、かなりの電力が必要とされる。更に気体を静圧型の軸受に導入配管により直接供給するため、気流音による騒音が問題となり易い。   By the way, according to the technique which concerns on patent document 1, the gas of an accumulator is supplied to a several static pressure type bearing via an introductory piping by opening a solenoid valve, respectively. If the solenoid valve is closed, the gas in the pressure accumulating chamber is not supplied to the plurality of static pressure type bearings via the introduction pipe, and the static pressure type bearing does not exhibit the bearing function. For this reason, in order to continuously exert the bearing function of the hydrostatic bearing during the rotation of the shaft, the solenoid valve is always opened, and the gas in the pressure accumulating chamber is continuously supplied to the bearing through the introduction pipe. And it requires a lot of power. Furthermore, since the gas is directly supplied to the static pressure type bearing through the introduction pipe, noise due to airflow noise tends to be a problem.

特許文献２に係る技術によれば、シャフトを動圧軸受で非接触状態で回転可能に支持している。しかしシャフトの回転が停止しているとき、シャフトは動圧軸受の軸受面に接触する。あるいは、シャフトが回転していたとしてもシャフトの回転速度が低いときには、シャフトの外壁面が動圧軸受の軸受面に接触する頻度が高く、接触によりシャフトおよび動圧軸受の軸受面に損傷が発生するおそれがある。   According to the technique according to Patent Document 2, the shaft is supported by a hydrodynamic bearing so as to be rotatable in a non-contact state. However, when the rotation of the shaft is stopped, the shaft contacts the bearing surface of the hydrodynamic bearing. Or, even if the shaft is rotating, when the shaft rotation speed is low, the outer wall surface of the shaft is frequently in contact with the bearing surface of the hydrodynamic bearing, and the shaft and the bearing surface of the hydrodynamic bearing are damaged by the contact. There is a risk.

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、シャフトおよび／または動圧軸受に損傷が発生することを抑制するのに有利となる回転シャフト装置および燃料電池システムを提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a rotating shaft device and a fuel cell system that are advantageous in suppressing the occurrence of damage to the shaft and / or the hydrodynamic bearing. To do.

（１）様相１に係る回転シャフト装置は、作動室と作動室に連通する気体導入口とを有するケースと、ケースの作動室において回転可能に設けられたシャフトと、ケースにまたはケースと分離して設けられシャフトを回転させるための駆動部と、ケースの作動室に設けられシャフトを回転可能に支持する動圧浮力を発生させるための動圧型の気体軸受と、ケースの気体導入口に繋がり且つ気体導入口からケースの作動室に気体を導入させ、導入に伴い作動室の気体の密度を高めて気体軸受の動圧浮力を高める気体導入部とを具備していることを特徴とする（請求項１）。   (1) A rotating shaft device according to aspect 1 is separated from a case having a working chamber and a gas inlet communicating with the working chamber, a shaft rotatably provided in the working chamber of the case, and the case or the case. Connected to a drive part for rotating the shaft provided, a dynamic pressure type gas bearing for generating a dynamic pressure buoyancy provided in the working chamber of the case for rotatably supporting the shaft, and a gas inlet of the case; A gas introduction part for introducing gas from the gas introduction port into the working chamber of the case and increasing the density of the gas in the working chamber along with the introduction to increase the dynamic pressure buoyancy of the gas bearing. Item 1).

粘性によるエネルギ損失がない理想流体を対象とするベルヌーイの定理によれば、基本的には、１／２・ρ・ｖ２＋ρ・ｇ・ｈ＋Ｐ＝一定が成立する。ここで、ρは流体密度、ｖは流体速度、ｇは重力加速度、ｈは位置高さを示す。１／２・ρ・ｖ２は動圧のエネルギに相当する。ρ・ｇ・ｈは静圧のエネルギに相当する。従って、理想流体であれば、流体速度が高速になれば、基本的には、動圧のエネルギは増加する。 According to Bernoulli's theorem for an ideal fluid with no energy loss due to viscosity, basically, 1/2 · ρ · v 2 + ρ · g · h + P = constant holds. Here, ρ represents fluid density, v represents fluid velocity, g represents gravitational acceleration, and h represents position height. 1/2 · ρ · v 2 corresponds to the energy of the dynamic pressure. ρ · g · h corresponds to static pressure energy. Therefore, in the case of an ideal fluid, if the fluid velocity becomes high, the dynamic pressure energy basically increases.

作動室の気体は理想流体に近いものと考えることができ、動圧型の気体軸受により回転可能に支持されているシャフトの回転速度が高くなると、動圧型の気体軸受における気体の速度ｖが増加し、動圧のエネルギが増加し、動圧型の気体軸受において動圧浮力が高くなる。また作動室内における気体の密度ρが高くなると、動圧型の気体軸受においてシャフトを浮上させる動圧浮力が高まる。なお、静圧は基本的には流体速度に影響されない。   It can be considered that the gas in the working chamber is close to an ideal fluid, and when the rotational speed of the shaft rotatably supported by the dynamic pressure type gas bearing increases, the gas velocity v in the dynamic pressure type gas bearing increases. The dynamic pressure energy increases, and the dynamic pressure buoyancy increases in the dynamic pressure type gas bearing. In addition, when the gas density ρ in the working chamber increases, the dynamic pressure buoyancy that causes the shaft to float in the dynamic pressure type gas bearing increases. The static pressure is basically not affected by the fluid velocity.

このように動圧型の気体軸受では、シャフトが回転せず停止しているときには、動圧は発生しないため、シャフトの外壁面と気体軸受の軸受面とが接触し、動圧型の気体軸受の寿命が短縮されるおそれがある。更に、シャフトが回転していたとしても、シャフトの回転速度が低いときには、動圧型の軸受においては動圧浮力が小さいため、シャフトの外壁面と気体軸受の軸受面とが接触するおそれが高く、同様に、動圧型の気体軸受の寿命が接触により短縮されるおそれがある。   Thus, in the dynamic pressure type gas bearing, since the dynamic pressure is not generated when the shaft is not rotating and stopped, the outer wall surface of the shaft and the bearing surface of the gas bearing are in contact with each other, and the life of the dynamic pressure type gas bearing is reached. May be shortened. Furthermore, even if the shaft is rotating, when the shaft rotation speed is low, the dynamic pressure buoyancy is small in the dynamic pressure type bearing, so that the outer wall surface of the shaft and the bearing surface of the gas bearing are likely to come in contact with each other. Similarly, the life of the dynamic pressure type gas bearing may be shortened by contact.

そこで、上記したようにシャフトの外壁面と気体軸受の軸受面とが接触するおそれが高いときには、上記した気体導入部は、気体導入口からケースの作動室に気体を導入させる。従って、作動室の気体の密度が高くなる。このため、シャフトが回転していれば、動圧型の気体軸受においてシャフトを浮上させる動圧浮力が増加する。これにより回転するシャフトを気体軸受の軸受面に対して非接触状態で浮上させ易くなる。よってシャフトに対する気体軸受の性能が向上する。   Therefore, when there is a high possibility that the outer wall surface of the shaft and the bearing surface of the gas bearing are in contact with each other as described above, the gas introduction unit introduces gas from the gas introduction port into the working chamber of the case. Therefore, the gas density in the working chamber is increased. For this reason, if the shaft is rotating, the dynamic pressure buoyancy that causes the shaft to float in the dynamic pressure type gas bearing increases. Thereby, it becomes easy to float the rotating shaft in a non-contact state with respect to the bearing surface of the gas bearing. Therefore, the performance of the gas bearing with respect to the shaft is improved.

このようにケースの作動室に気体を導入させることにより、動圧型の気体軸受の動圧浮力を増加させる方式が採用されている。このため、動圧型の気体軸受が複数個、作動室内に設けられているとしても、作動室の気体の圧力を増加させて作動室の気体の密度を高めれば、気体軸受のそれぞれに気体を個別に供給させる供給通路を設けずとも良く、配管構造が簡素化される。   As described above, a method is adopted in which the dynamic pressure buoyancy of the dynamic pressure type gas bearing is increased by introducing gas into the working chamber of the case. For this reason, even if a plurality of dynamic pressure type gas bearings are provided in the working chamber, if the gas pressure in the working chamber is increased to increase the gas density in the working chamber, the gas is individually supplied to each of the gas bearings. It is not necessary to provide a supply passage for supplying to the pipe, and the piping structure is simplified.

上記した気体導入部は、ケースの気体導入口に繋がり、且つ、ケースの気体導入口からケースの作動室に気体を導入させて作動室の圧力を増圧させるものであれば、何でも良い。気体としては、コスト等を考慮すると、空気が例示されるが、窒素ガス等の不活性ガスでも良い。   The above gas introduction part may be anything as long as it is connected to the gas introduction port of the case and introduces gas from the gas introduction port of the case to the operation chamber of the case to increase the pressure of the operation chamber. As the gas, air is exemplified in view of cost and the like, but an inert gas such as nitrogen gas may be used.

上記した気体導入部は、気体を収容するための蓄圧室と、蓄圧室の容積を小さくすることにより蓄圧室の圧力を増圧させるための可動体とを備えており、蓄圧室の気体を作動室に導入するとき、あるいは、蓄圧室の気体を作動室に導入させるのに支障をきたすように蓄圧室の圧力が低下するとき、蓄圧室の容積が小さくなる方向に可動体を移動させることができる（請求項４）。この場合、蓄圧室の容積を小さくする方向に可動体が移動すれば、蓄圧室の圧力を増圧させることができ、蓄圧室から作動室への気体導入を容易に実行することが可能となる。可動体はアクチュエータにより移動される。アクチュエータは特に限定されず、電動型でも流体圧駆動型でも良い。   The gas introduction unit described above includes a pressure accumulation chamber for containing gas and a movable body for increasing the pressure in the pressure accumulation chamber by reducing the volume of the pressure accumulation chamber, and operates the gas in the pressure accumulation chamber. When the pressure in the pressure accumulation chamber is reduced so as to hinder the introduction of the gas in the pressure accumulation chamber into the working chamber, the movable body may be moved in a direction in which the volume of the pressure accumulation chamber decreases. (Claim 4). In this case, if the movable body moves in a direction to reduce the volume of the pressure accumulating chamber, the pressure in the pressure accumulating chamber can be increased, and gas introduction from the pressure accumulating chamber to the working chamber can be easily performed. . The movable body is moved by an actuator. The actuator is not particularly limited, and may be an electric type or a fluid pressure driving type.

上記したケースは、作動室と、作動室に連通する気体導入口とを有するものである。気体導入口は、作動室に連通する限り、ケースのどこに形成されていても良い。シャフトは、ケースの作動室において回転可能に設けられている。   The case described above has a working chamber and a gas introduction port communicating with the working chamber. The gas inlet may be formed anywhere in the case as long as it communicates with the working chamber. The shaft is rotatably provided in the case working chamber.

上記した駆動部は、シャフトを回転させるものであれば、何でも良い。駆動部は、ケースに設けられているか、または、ケースと分離して設けられている。駆動部は、シャフトを回転させる回転磁界を発生させるための回転磁界発生部、または、シャフトを回転させる機械的回転力を発生させるための機械的回転力発生部であることが好ましい（請求項９）。回転磁界発生部は、回転磁界を発生させるものであれば何でもよく、例えば、ステータと、ステータに取り付けられた巻線部とで形成できる。機械的回転力発生部としては、例えばエンジン、電動モータ、流体モータ（例えば空気圧モータ，油圧モータ）が例示される。   The drive unit described above may be anything as long as it rotates the shaft. The drive unit is provided in the case or provided separately from the case. Preferably, the driving unit is a rotating magnetic field generating unit for generating a rotating magnetic field for rotating the shaft or a mechanical rotating force generating unit for generating a mechanical rotating force for rotating the shaft. ). The rotating magnetic field generator may be anything as long as it generates a rotating magnetic field, and can be formed of, for example, a stator and a winding portion attached to the stator. Examples of the mechanical torque generation unit include an engine, an electric motor, and a fluid motor (for example, a pneumatic motor and a hydraulic motor).

上記した動圧型の気体軸受は、気体の動圧により浮上作用を発揮できるものであれば、何でも良く、例えば、シャフトの外壁面に凹および／または凸を形成することにより形成できる。また、動圧型の気体軸受は、シャフトを支持する軸受面に凹および／または凸を形成することにより形成できる。凹および／または凸は、機械的に形成しても良いし、エッチング等の化学研磨、機械研磨などで形成しても良い。凹および／または凸としては、例えば、スパイラル溝、ステップ溝を形成することにより構成できる。   The above-described dynamic pressure type gas bearing may be anything as long as it can exhibit a floating action by the dynamic pressure of the gas. For example, it can be formed by forming a recess and / or a protrusion on the outer wall surface of the shaft. Further, the dynamic pressure type gas bearing can be formed by forming a concave and / or a convex on the bearing surface that supports the shaft. The concave and / or convex may be formed mechanically, or may be formed by chemical polishing such as etching, mechanical polishing, or the like. As the concave and / or convex, for example, a spiral groove and a step groove can be formed.

上記した動圧型の気体軸受は、シャフトのラジアル方向の軸受作用を行うラジアル軸受、および／または、シャフトのスラスト方向の軸受を行うスラスト軸受であることが好ましい。なお、本発明に係る回転シャフト装置の用途としては、回転するシャフトを動圧型の気体軸受で回転可能に支持するものであれば何でも良く、モータや発電等の回転電機、コンプレッサ装置、ブロア装置、ファン装置、機械的回転装置が例示される。   The dynamic pressure type gas bearing described above is preferably a radial bearing that performs a bearing action in the radial direction of the shaft and / or a thrust bearing that performs a bearing in the thrust direction of the shaft. In addition, as a use of the rotating shaft device according to the present invention, any rotating shaft device may be used as long as the rotating shaft is rotatably supported by a dynamic pressure type gas bearing, and a rotating electrical machine such as a motor or a power generator, a compressor device, a blower device, Examples are a fan device and a mechanical rotating device.

ケースと蓄圧タンクとは一体的に形成されていることが好ましい（請求項１１）。この場合、小型化を図るのに有利となる。また、ケースと蓄圧タンクとは同軸的に形成することができる。この場合、小型化に一層有利となる。ケースの径方向において、ケースと蓄圧室との間に冷媒室を同軸的または非同軸的に並設させることができる。この場合、冷媒室でケースおよび蓄圧室の双方の冷却を図りつつ、小型化に有利となる。   It is preferable that the case and the pressure accumulation tank are integrally formed. This is advantageous for downsizing. Further, the case and the pressure accumulating tank can be formed coaxially. In this case, it is further advantageous for downsizing. In the radial direction of the case, the refrigerant chamber can be arranged coaxially or non-coaxially between the case and the pressure accumulating chamber. In this case, it is advantageous for downsizing while cooling both the case and the pressure accumulating chamber in the refrigerant chamber.

（２）様相２に係る回転シャフト装置によれば、上記した様相において、気体導入部は、気体の圧力を蓄圧する蓄圧室をもつ蓄圧タンクと、蓄圧室と作動室とを連通させ且つ蓄圧室に蓄圧された気体を作動室に供給するための供給通路とを備えていることを特徴とする（請求項２）。本様相によれば、蓄圧室と作動室とが供給通路により連通する。このため、蓄圧室に蓄圧されていた気体を、供給通路を介して、気体導入口からケースの作動室に導入させて作動室の気体の圧力を増圧させることができる。このように作動室の気体の圧力が増圧されると、作動室の気体の密度が高くなるため、前述したよう、動圧型の気体軸受においては、シャフトを浮上させる動圧浮力が高まる。これによりシャフトを軸受面に対して非接触状態で浮上させ易くなり、シャフトに対する軸受性能が向上する。  (2) According to the rotary shaft device according to aspect 2, in the above-described aspect, the gas introduction unit communicates the pressure accumulation tank having the pressure accumulation chamber for accumulating the pressure of the gas, the pressure accumulation chamber, and the working chamber, and the pressure accumulation chamber. And a supply passage for supplying the gas accumulated in the working chamber to the working chamber (claim 2). According to this aspect, the pressure accumulation chamber and the working chamber communicate with each other through the supply passage. For this reason, the gas accumulated in the pressure accumulating chamber can be introduced from the gas inlet into the working chamber of the case through the supply passage to increase the pressure of the gas in the working chamber. When the pressure of the gas in the working chamber is increased in this manner, the density of the gas in the working chamber is increased. Therefore, in the dynamic pressure type gas bearing, as described above, the dynamic pressure buoyancy for levitating the shaft is increased. Thereby, it becomes easy to float the shaft in a non-contact state with respect to the bearing surface, and the bearing performance with respect to the shaft is improved.

（３）様相３に係る回転シャフト装置によれば、上記した様相において、ケースは、シャフトの回転に伴い高圧化された気体を吐出させる吐出通路を備えており、吐出通路は蓄圧室に連通していることを特徴とする（請求項３）。蓄圧室の蓄圧を適宜行うことが好ましい。そこで本様相によれば、シャフトの回転に伴い、吐出通路は、作動室内の高圧化された気体を吐出させる。吐出通路は蓄圧室に連通しているため、吐出通路の高圧化された気体の少なくとも一部を蓄圧室に供給し、蓄圧室において蓄圧することができる。この場合、蓄圧室の圧力が低くなっている場合であっても、蓄圧室の圧力および気体質量を高めることができ、気体導入部の気体導入量を増加させることができる。  (3) According to the rotary shaft device according to aspect 3, in the above aspect, the case includes a discharge passage that discharges gas that has been increased in pressure as the shaft rotates, and the discharge passage communicates with the pressure accumulating chamber. (Claim 3). It is preferable to appropriately store pressure in the pressure storage chamber. Therefore, according to this aspect, as the shaft rotates, the discharge passage discharges the high-pressure gas in the working chamber. Since the discharge passage communicates with the pressure accumulation chamber, at least a part of the high-pressure gas in the discharge passage can be supplied to the pressure accumulation chamber and accumulated in the pressure accumulation chamber. In this case, even if the pressure in the pressure accumulating chamber is low, the pressure in the pressure accumulating chamber and the gas mass can be increased, and the amount of gas introduced into the gas introducing portion can be increased.

（４）様相４に係る回転シャフト装置によれば、上記した様相において、シャフトが停止しているとき、回転しているシャフトを停止させるとき、回転しているシャフトの回転速度が第１設定値以下に減速されるときのうちの少なくとも一つにおいて、気体導入部は、ケースの気体導入口から作動室内に気体を導入することを特徴とする（請求項５）。  (4) According to the rotating shaft device according to aspect 4, in the aspect described above, when the shaft is stopped, when the rotating shaft is stopped, the rotational speed of the rotating shaft is the first set value. In at least one of the following cases, the gas introduction part introduces gas into the working chamber from the gas introduction port of the case (Claim 5).

上記したようにシャフトが停止しているとき、回転しているシャフトを停止させるとき、回転しているシャフトの回転速度が低速で第１設定値以下に減速されるときにおいては、動圧型の気体軸受の動圧浮力が小さいため、シャフトの外壁面が気体軸受の軸受面に物理的に接触する頻度が増加する。この場合、シャフトおよび／または気体軸受の損傷が誘発されるおそれがある。そこで本様相によれば、上記した場合には、気体導入部は、ケースの気体導入口から作動室内に気体を導入する。これにより作動室の気体の圧力および密度を高め、気体軸受の動圧浮力を増加させ、接触を抑制または回避させる。なお、第１設定値は回転シャフト装置の用途、種類などに応じて適宜選択される。   As described above, when the shaft is stopped, when the rotating shaft is stopped, when the rotational speed of the rotating shaft is reduced to the first set value at a low speed, the dynamic pressure type gas is used. Since the dynamic pressure buoyancy of the bearing is small, the frequency with which the outer wall surface of the shaft physically contacts the bearing surface of the gas bearing increases. In this case, damage to the shaft and / or the gas bearing may be induced. Therefore, according to this aspect, in the case described above, the gas introduction unit introduces gas into the working chamber from the gas introduction port of the case. This increases the pressure and density of the gas in the working chamber, increases the dynamic pressure buoyancy of the gas bearing, and suppresses or avoids contact. The first set value is appropriately selected according to the use and type of the rotary shaft device.

（５）様相５に係る回転シャフト装置によれば、上記した様相において、シャフトの回転速度が第２設定値以上のとき、気体導入部は、作動室の気体を作動室の外方へ導出させ、導出前よりも作動室の圧力を低下させることを特徴とする（請求項６）。シャフトが高速回転してシャフトの回転速度が第２設定値以上になるとき、シャフトの回転に伴い風損が増加する。風損は、基本的には、風速の二乗および作動室の気体の圧力に比例して増加すると言われている。   (5) According to the rotary shaft device according to aspect 5, in the above-described aspect, when the rotational speed of the shaft is equal to or higher than the second set value, the gas introduction unit causes the gas in the working chamber to be led out of the working chamber. The pressure in the working chamber is lowered as compared with that before the derivation (claim 6). When the shaft rotates at a high speed and the rotation speed of the shaft becomes equal to or higher than the second set value, the windage loss increases as the shaft rotates. It is said that the windage basically increases in proportion to the square of the wind speed and the gas pressure in the working chamber.

そこで本様相によれば、シャフトの回転速度が第２設定値以上のとき、気体導入部は、作動室の気体を導出させ、導出前よりも作動室の気体の圧力および密度を低下させる。これにより風損が低減される。この場合、ケースの作動室の気体を外方に導出させる気体導出口がケースに設けられていることが好ましい。気体導出口は、作動室に連通する限り、ケースのうちどこに形成されていても良い。気体導出口は気体導入口と共用されていても良い。なお、第２設定値は、回転シャフト装置の用途、種類、気体の種類などに応じて適宜選択できる。   Therefore, according to this aspect, when the rotational speed of the shaft is equal to or higher than the second set value, the gas introduction unit derives the gas in the working chamber, and lowers the pressure and density of the gas in the working chamber than before the deriving. This reduces windage loss. In this case, it is preferable that the case is provided with a gas outlet port through which the gas in the working chamber of the case is led out. The gas outlet may be formed anywhere in the case as long as it communicates with the working chamber. The gas outlet may be shared with the gas inlet. The second set value can be appropriately selected according to the application, type, gas type, and the like of the rotary shaft device.

（６）様相６に係る回転シャフト装置によれば、上記した様相において、シャフトは、シャフトと、シャフトに設けられたシャフトよりも外径が大きなロータ本体と、シャフトに設けられた回転羽根とを備えており、回転羽根とケースの作動室とを仕切る仕切部材が設けられていることを特徴とする（請求項７）。本様相によれば、回転羽根とケースの作動室とが仕切部材により仕切られている。このため、作動室内の圧力の抜けが抑制され、作動室の気体の圧力および密度が維持される。   (6) According to the rotary shaft device according to aspect 6, in the above aspect, the shaft includes a shaft, a rotor body having an outer diameter larger than that of the shaft provided on the shaft, and a rotary blade provided on the shaft. And a partition member for partitioning the rotary blade and the working chamber of the case is provided (Claim 7). According to this aspect, the rotary blade and the working chamber of the case are partitioned by the partition member. For this reason, the pressure drop in the working chamber is suppressed, and the pressure and density of the gas in the working chamber are maintained.

この場合、仕切部材は、回転羽根と作動室とを分離させるシール部を備えていることが好ましい（請求項８）。シール部は高い気密シール性を有する。このため作動室の気体の圧力および密度が確保される。従って、シャフトの回転に伴い動圧型の気体軸受の動圧浮力を高めることができる。更に、シール部は、回転羽根と作動室とを分離させているため、回転羽根の回転により発生する気体流が作動室の気体軸受の動圧浮力に影響を与えることが抑制される。   In this case, it is preferable that the partition member includes a seal portion that separates the rotary blade and the working chamber. The seal portion has a high hermetic seal. For this reason, the pressure and density of the gas in the working chamber are ensured. Therefore, the dynamic pressure buoyancy of the dynamic pressure type gas bearing can be increased with the rotation of the shaft. Furthermore, since the seal portion separates the rotating blade and the working chamber, the gas flow generated by the rotation of the rotating blade is suppressed from affecting the dynamic pressure buoyancy of the gas bearing in the working chamber.

（７）様相７に係る燃料電池システムは、カソード流体が供給されるカソードとアノード流体が供給されるアノードとを有する燃料電池と、カソード流体をカソードに供給するカソード流体通路と、アノード流体をアノードに供給するアノード流体通路とを具備する燃料電池システムにおいて、カソード流体通路およびアノード流体通路のうちの少なくとも一方は、カソード流体またはアノード流体を燃料電池に搬送する流体搬送要素をもち、流体搬送要素は、作動室と作動室に連通する気体導入口とを有するケースと、ケースの作動室において回転可能に設けられたシャフトと、シャフトを回転させるための駆動部と、ケースの作動室に設けられシャフトを回転可能に支持する動圧浮力を発生させる動圧型気体軸受と、ケースの気体導入口に繋がり且つ気体導入口からケースの作動室に気体を導入させて、導入に伴い作動室の気体の密度を高めて動圧型気体軸受の動圧浮力を高める気体導入部とを具備していることを特徴とする。   (7) A fuel cell system according to aspect 7 includes a fuel cell having a cathode to which a cathode fluid is supplied and an anode to which an anode fluid is supplied, a cathode fluid passage for supplying the cathode fluid to the cathode, and an anode fluid as the anode And at least one of the cathode fluid passage and the anode fluid passage has a fluid transport element for transporting the cathode fluid or anode fluid to the fuel cell, the fluid transport element being A case having a working chamber and a gas introduction port communicating with the working chamber, a shaft rotatably provided in the working chamber of the case, a drive unit for rotating the shaft, and a shaft provided in the working chamber of the case A hydrodynamic gas bearing that generates hydrodynamic buoyancy to rotatably support the gas, and a gas inlet for the case A gas introduction section that connects and introduces gas from the gas inlet into the working chamber of the case, and increases the density of the gas in the working chamber along with the introduction to increase the dynamic pressure buoyancy of the dynamic pressure type gas bearing. Features.

本様相によれば、様相１の場合と同様の作用効果が得られる。即ち、上記した気体導入部は、気体導入口からケースの作動室に気体を導入させて作動室の圧力を増圧し、作動室の気体の密度を高くする。よって、動圧型の気体軸受において、ベルヌーイの定理によれば、シャフトを浮上させる動圧浮力を高めることができる。これによりシャフトを非接触で浮上させ易くなり、シャフトに対する気体軸受の性能が向上する。このようにケースの作動室の全体の圧力を増加させることにより、動圧型の気体軸受における浮力を増加させる方式が採用されている。このため、動圧型の気体軸受が複数個、作動室内に設けられているとしても、気体軸受のそれぞれに気体を個別に供給させる供給通路を設けずとも良く、構造が簡素化される。このような本様相によれば、カソード流体またはアノード流体を燃料電池に搬送する流体搬送要素における動圧型の気体軸受の長寿命化を図り得る。   According to this aspect, the same effect as in the case of aspect 1 can be obtained. In other words, the gas introduction unit described above introduces gas from the gas introduction port into the working chamber of the case to increase the pressure of the working chamber and increase the density of the gas in the working chamber. Therefore, in the dynamic pressure type gas bearing, according to Bernoulli's theorem, the dynamic pressure buoyancy for levitating the shaft can be increased. Thereby, it becomes easy to float the shaft without contact, and the performance of the gas bearing with respect to the shaft is improved. As described above, a method of increasing the buoyancy in the dynamic pressure type gas bearing by increasing the pressure of the entire working chamber of the case is employed. For this reason, even if a plurality of dynamic pressure type gas bearings are provided in the working chamber, it is not necessary to provide supply passages for individually supplying gas to each of the gas bearings, and the structure is simplified. According to this aspect, it is possible to extend the life of the dynamic pressure type gas bearing in the fluid conveyance element that conveys the cathode fluid or the anode fluid to the fuel cell.

本発明によれば、上記した気体導入部は、ケースの気体導入口に繋がり、且つ、気体導入口からケースの作動室に気体を導入させて作動室の圧力を増圧する。作動室の圧力が増圧されると、動室の気体の密度が高くなり、動圧型の気体軸受においては、回転しているシャフトを浮上させる動圧浮力が高まる。これにより回転しているシャフトを浮上させ易くなり、シャフトに対する気体軸受の性能が向上する。従ってシャフトの外壁面と動圧型の気体軸受の内壁面とが接触することが抑制される。従って、シャフトの外壁面と動圧型の気体軸受の軸受面とに対する損傷防止性が向上する。   According to the present invention, the gas introduction unit described above is connected to the gas introduction port of the case, and introduces gas from the gas introduction port to the operation chamber of the case to increase the pressure of the operation chamber. When the pressure in the working chamber is increased, the density of the gas in the dynamic chamber increases, and in the dynamic pressure type gas bearing, the dynamic pressure buoyancy that causes the rotating shaft to float increases. This makes it easier for the rotating shaft to float and improves the performance of the gas bearing relative to the shaft. Therefore, contact between the outer wall surface of the shaft and the inner wall surface of the dynamic pressure type gas bearing is suppressed. Therefore, the damage prevention property to the outer wall surface of the shaft and the bearing surface of the dynamic pressure type gas bearing is improved.

このようにケースの作動室の気体の密度を高めることにより、動圧型の気体軸受の浮力を増加させる方式が採用されている。このため、動圧型の気体軸受が複数個、作動室内に設けられている場合であっても、作動室に収容されている気体の密度を高めれば良い。従って、静圧のみを利用する静圧型の軸受とは異なり、気体軸受のそれぞれに気体を個別に供給させる供給通路を設けずとも良く、配管構造を簡素化することが可能となる。   As described above, a method of increasing the buoyancy of the dynamic pressure type gas bearing by increasing the gas density in the working chamber of the case is employed. For this reason, even if a plurality of dynamic pressure type gas bearings are provided in the working chamber, the density of the gas accommodated in the working chamber may be increased. Therefore, unlike a static pressure type bearing that uses only static pressure, it is not necessary to provide a supply passage for individually supplying gas to each gas bearing, and the piping structure can be simplified.

なお、静圧型の軸受のみが採用されているときには、複数の静圧型の軸受と蓄圧室とを繋ぐ導入配管を、静圧型の軸受の数相当ぶん必要とされる。このため静圧型の軸受が複数個に設けられているときには、導入配管の数もそれだけ増加し、配管構造が複雑となる不具合が発生する。   When only the static pressure type bearings are employed, it is necessary to provide introduction pipes connecting the plurality of static pressure type bearings and the pressure accumulating chambers, corresponding to the number of the static pressure type bearings. For this reason, when a plurality of hydrostatic bearings are provided, the number of introduction pipes is increased by that amount, resulting in a problem that the pipe structure becomes complicated.

（実施形態１）
以下、本発明の実施例１について図１〜図３を参照して説明する。図１において、回転シャフト装置は、気体を圧縮させるターボ圧縮機１（ターボブロア）に適用されている。ターボ圧縮機１は、潤滑オイルを使用しないオイルフリー（オイルレス）構造を採用しており、作動室２０と作動室２０に連通する気体導入口２１とを有するケース２と、ケース２の作動室２０において回転可能に設けられシャフト４と、シャフト４を回転させるための駆動部としての回転磁界発生部５と、ケース２の作動室２０に設けられシャフト４を回転可能に支持する動圧浮力を発生させる動圧型の気体軸受６と、ケース２の気体導入口２１に繋がり且つ気体導入口２１からケース２の作動室２０に気体を導入させて作動室２０の気体の圧力を増圧し、増圧に伴い作動室２０の気体の密度を高めて気体軸受６の動圧浮力を高めるための気体導入部７（気体密度増加装置）とを備えている。 (Embodiment 1)
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to FIGS. In FIG. 1, the rotating shaft device is applied to a turbo compressor 1 (turbo blower) that compresses gas. The turbo compressor 1 employs an oil-free (oilless) structure that does not use lubricating oil, and includes a case 2 having a working chamber 20 and a gas inlet 21 communicating with the working chamber 20, and a working chamber of the case 2. 20 includes a shaft 4 that is rotatably provided, a rotating magnetic field generator 5 as a drive unit for rotating the shaft 4, and a dynamic pressure buoyancy that is provided in the working chamber 20 of the case 2 and supports the shaft 4 rotatably. It is connected to the gas bearing 6 of the dynamic pressure type to be generated and the gas inlet 21 of the case 2 and introduces gas from the gas inlet 21 to the working chamber 20 of the case 2 to increase the pressure of the gas in the working chamber 20 and increase the pressure. Accordingly, a gas introduction part 7 (gas density increasing device) for increasing the gas density in the working chamber 20 and increasing the dynamic pressure buoyancy of the gas bearing 6 is provided.

なお、後述する気体利用機器８が燃料電池である場合には、気体としては空気が例示される。気体利用機器８が冷凍サイクル装置である場合には、気体としては冷媒ガスが例示される。   In addition, when the gas utilization apparatus 8 mentioned later is a fuel cell, air is illustrated as gas. When the gas utilization device 8 is a refrigeration cycle device, the gas is exemplified by a refrigerant gas.

図１に示すように、ケース２は、筒形状をなす第１ケース２４と、第１ケース２４に被着された第２ケース２５と、第３ケース２６、第２ケース２５に被着された蓋２７とを備えている。第１ケース２４は第１ボス部２８を有する。第２ケース２５は第２ボス部２９を有する。第３ケース２６は、吸引用の開口３０と、渦巻状をなすスクロール室３１と、スクロール室３１と開口３０とを連通させる円輪状のディフューザ通路３２と、ディフューザ通路３２に連通すると共に高温高圧の気体を吐出させる吐出通路３３とをもつ。ケース２の材質は特に限定されず、金属、硬質樹脂が例示される。吐出通路３３は流体通路３４の上流に連通している。流体通路３４には、流体通路３４を流れる気体を冷却する冷却器３５と、気体利用機器８とが直列に並設されている。冷却器３５の下流に気体利用機器８が配置されている。気体がディフューザ通路３２を通過するとき、気体の運動エネルギが圧力エネルギに変換され、吐出通路３３から高温高圧の気体として吐出される。この場合、気体は冷却器３５で冷却される。気体利用機器８は、吐出通路３３から吐出された気体を利用する機器であれば何でも良いが、例えば燃料電池のスタックとすることができる。燃料電池は、固体高分子形の燃料電池に限らず、固体酸化物型の燃料電池等でもよい。   As shown in FIG. 1, the case 2 is attached to a cylindrical first case 24, a second case 25 attached to the first case 24, a third case 26, and a second case 25. And a lid 27. The first case 24 has a first boss portion 28. The second case 25 has a second boss portion 29. The third case 26 communicates with the suction opening 30, the scroll chamber 31 having a spiral shape, the annular diffuser passage 32 that connects the scroll chamber 31 and the opening 30, the diffuser passage 32, and the high temperature and high pressure. And a discharge passage 33 for discharging gas. The material of the case 2 is not particularly limited, and examples thereof include metals and hard resins. The discharge passage 33 communicates with the upstream side of the fluid passage 34. In the fluid passage 34, a cooler 35 that cools the gas flowing through the fluid passage 34 and the gas utilization device 8 are arranged in parallel. A gas utilization device 8 is disposed downstream of the cooler 35. When the gas passes through the diffuser passage 32, the kinetic energy of the gas is converted into pressure energy and is discharged from the discharge passage 33 as a high-temperature and high-pressure gas. In this case, the gas is cooled by the cooler 35. The gas utilization device 8 may be any device that uses the gas discharged from the discharge passage 33, and may be a fuel cell stack, for example. The fuel cell is not limited to a polymer electrolyte fuel cell, but may be a solid oxide fuel cell or the like.

図１に示すように、ケース２は、気体軸受６を収容する軸受収容室として機能できる作動室２０と、作動室２０に連通する気体導入口２１とを有する。気体導入口２１は、第１ケース２４の下部側に第１ケース２４の壁を貫通するように形成されているが、下部に限定されるものではなく、上部でも、横部でも良い。   As shown in FIG. 1, the case 2 includes a working chamber 20 that can function as a bearing housing chamber that houses the gas bearing 6, and a gas introduction port 21 that communicates with the working chamber 20. The gas inlet 21 is formed on the lower side of the first case 24 so as to penetrate the wall of the first case 24, but is not limited to the lower part, and may be an upper part or a horizontal part.

図１に示すように、上記した動圧型の気体軸受６は、シャフト４のラジアル方向（径方向）の軸受作用を行う第１ラジアル軸受６１（以下、軸受６１ともいう）と、シャフト４のラジアル方向の軸受作用を行う第２ラジアル軸受６２（以下、軸受６２ともいう）と、シャフト４のスラスト方向（軸長方向）の軸受作用を行うスラスト軸受６５（以下、軸受６５ともいう）とで形成されている。   As shown in FIG. 1, the dynamic pressure type gas bearing 6 includes a first radial bearing 61 (hereinafter also referred to as a bearing 61) that performs a radial (diameter) bearing operation of the shaft 4, and a radial of the shaft 4. Formed by a second radial bearing 62 (hereinafter also referred to as a bearing 62) that performs a bearing operation in a direction and a thrust bearing 65 (hereinafter also referred to as a bearing 65) that performs a bearing operation in the thrust direction (axial length direction) of the shaft 4. Has been.

図１に示すように、ケース２において、軸受連通路６１ｒ，６２ｒが形成されている。軸受連通路６１ｒは、第１ラジアル軸受６１の軸受面と作動室２０とを連通する。軸受連通路６２ｒは、第２ラジアル軸受６２の軸受面と作動室２０とを連通すると共に、スラスト軸受６５の軸受面と作動室２０とを連通する。   As shown in FIG. 1, in the case 2, bearing communication paths 61 r and 62 r are formed. The bearing communication path 61r allows the bearing surface of the first radial bearing 61 and the working chamber 20 to communicate with each other. The bearing communication path 62r communicates the bearing surface of the second radial bearing 62 and the working chamber 20, and also communicates the bearing surface of the thrust bearing 65 and the working chamber 20.

第１ラジアル軸受６１は、シャフト４の外壁面および／または軸受面に溝を形成することにより形成されている。シャフト４の外壁面および軸受面は、微小隙間を介して互いに対面する。第２ラジアル軸受６２は、同様に、シャフト４の外壁面および／または軸受面に溝を形成することにより形成されている。シャフト４の外壁面および軸受面は、微小隙間を介して互いに対面する。   The first radial bearing 61 is formed by forming a groove in the outer wall surface of the shaft 4 and / or the bearing surface. The outer wall surface and the bearing surface of the shaft 4 face each other through a minute gap. Similarly, the second radial bearing 62 is formed by forming a groove on the outer wall surface and / or the bearing surface of the shaft 4. The outer wall surface and the bearing surface of the shaft 4 face each other through a minute gap.

図１および図２に示す形態によれば、例えば、シャフト４の外壁面にヘリカル状の溝６ｃ（例えばヘリングボーン（魚の骨））を適数個（複数個）形成することにより、第１ラジアル軸受６１および第２ラジアル軸受６２が構成されている。図１に示すように、スラスト軸受６５は、取付具６５ｋによりシャフト４の端部（羽根４２と反対側の端部）に取り付けられており、シャフト４の鍔部６５ｃに微小隙間を介して対面するスラスト軸受盤６５ａを有する。   According to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, for example, the first radial is formed by forming an appropriate number (plural) of helical grooves 6c (for example, herring bones (fish bones)) on the outer wall surface of the shaft 4. A bearing 61 and a second radial bearing 62 are configured. As shown in FIG. 1, the thrust bearing 65 is attached to the end of the shaft 4 (the end opposite to the blade 42) by a fitting 65k, and faces the flange 65c of the shaft 4 through a minute gap. And a thrust bearing board 65a.

図３に示すように、スラスト軸受６５は、シャフト４の一部に形成された径大な鍔部６５ｃの軸端面、スラスト軸受盤６５ａの軸端面および第２ラジアル軸受６２の軸端面のうちの少なくとも一つに動圧発生用の溝６５ｅ（図３参照）を形成することにより形成されている。なお、第１ラジアル軸受６１、第２ラジアル軸受６２、スラスト軸受６５は、硬質材料で形成されたり、硬質の表面処理を施して形成されたり、あるいは、二硫化モリブデン、炭素系等の固体潤滑材を有する形態で形成されていることが好ましい。   As shown in FIG. 3, the thrust bearing 65 includes a shaft end surface of the large flange portion 65 c formed on a part of the shaft 4, a shaft end surface of the thrust bearing board 65 a, and a shaft end surface of the second radial bearing 62. At least one is formed by forming a dynamic pressure generating groove 65e (see FIG. 3). The first radial bearing 61, the second radial bearing 62, and the thrust bearing 65 are formed of a hard material, are subjected to a hard surface treatment, or are solid lubricants such as molybdenum disulfide and carbon. It is preferable to form in the form which has.

本実施形態によれば、回転羽根４２が回転するとき、回転羽根４２のうち開口３０に対面する側と反対側とでは、圧力差が発生する。この場合、スラスト方向の力がシャフト４に発生するため、スラスト軸受６５が必要とされる。   According to the present embodiment, when the rotary blade 42 rotates, a pressure difference is generated between the side facing the opening 30 and the opposite side of the rotary blade 42. In this case, a thrust bearing 65 is required because a thrust force is generated in the shaft 4.

図１に示すように、上記したシャフト４を回転させる駆動部として、シャフト４を回転させる回転磁界を発生させるための回転磁界発生部５が設けられている。回転磁界発生部５は、透磁率が高い軟磁性材料で形成された筒形状をなすステータ５０と、ステータ５０のティース部に巻線を巻き付けることにより形成された励磁用の巻線部５２とで形成されている。ここで、ステータ５０は積層板５１を厚み方向に積層して形成されているが、これに限らず、軟磁性をもつ粉末の集合体をそのままあるいはバインダと共に固結化して形成しても良い。   As shown in FIG. 1, a rotating magnetic field generating unit 5 for generating a rotating magnetic field for rotating the shaft 4 is provided as a driving unit for rotating the shaft 4 described above. The rotating magnetic field generating unit 5 includes a cylindrical stator 50 formed of a soft magnetic material having a high magnetic permeability, and an excitation winding unit 52 formed by winding a winding around a tooth portion of the stator 50. Is formed. Here, the stator 50 is formed by laminating the laminated plates 51 in the thickness direction. However, the present invention is not limited to this, and an assembly of soft magnetic powder may be formed as it is or together with a binder.

図１に示すように、シャフト４は横方向に沿って延設されている。ターボ圧縮機１のシャフト４の最大回転速度は、例えば、高速タイプでは１万〜１０万ｒｐｍの範囲内、または低速タイプでは１千〜１万ｒｐｍの範囲内とされている。最大回転速度が高速（１万〜１０万ｒｐｍ）の場合には小型化が可能である。シャフト４の常用回転速度は、例えば、３万〜５万ｒｐｍ程度、または３千〜５千ｒｐｍ程度とされている。これらに限定されるものではない。   As shown in FIG. 1, the shaft 4 extends along the lateral direction. The maximum rotation speed of the shaft 4 of the turbo compressor 1 is, for example, in the range of 10,000 to 100,000 rpm for the high speed type, or in the range of 1,000 to 10,000 rpm for the low speed type. When the maximum rotation speed is high (10,000 to 100,000 rpm), the size can be reduced. The normal rotation speed of the shaft 4 is, for example, about 30,000 to 50,000 rpm, or about 3,000 to 5,000 rpm. It is not limited to these.

シャフト４は、作動室２０に回転可能となるようにシャフト４の軸長方向の中間部に配置されたロータ４０と、シャフト４の先端部に取付具４１で取り付けられた回転羽根４２（遠心翼，インペラ）とをもつ。回転羽根４２は吸引用の開口３０に対面しており、開口３０から吸引した気体を圧縮可能とする。ロータ４０はステータ５０で包囲されている。   The shaft 4 includes a rotor 40 disposed at an intermediate portion in the axial length direction of the shaft 4 so as to be rotatable in the working chamber 20, and a rotary blade 42 (centrifugal blade) attached to a tip portion of the shaft 4 by a fixture 41. , Impeller). The rotary blade 42 faces the suction opening 30 and can compress the gas sucked from the opening 30. The rotor 40 is surrounded by the stator 50.

上記した気体導入部７は、ケース２の気体導入口２１に繋がり、且つ、気体導入口２１からケース２の作動室２０に気体を導入させて作動室２０の圧力を増圧する機能を有する。シャフト４の回転速度が同じであれば、作動室２０の気体の圧力が増圧されると、作動室２０の気体の密度が高くなり、動圧型の気体軸受６においてはシャフト４を浮上させる動圧浮力が高まる。これにより作動室２０において回転するシャフト４を浮上させ易くなり、シャフト４に対する気体軸受６の性能が向上する。このようにケース２の作動室２０の全体の圧力を増加させることにより、複数個の動圧型の気体軸受６の浮力を増加させる方式が採用されている。このため、動圧型の気体軸受６が複数個、作動室２０内に設けられているとしても、気体軸受６のそれぞれに気体を個別に供給させる供給通路を設けずとも良く、配管構造が簡素化される。なお、作動室２０は密閉性が高い構造が好ましい。即ち、動圧型の気体軸受６１，６２，６５と気体導入口２１とを個別に連通させる配管は、不要とされている。同様に、動圧型の気体軸受６１，６２，６５と蓄圧室７０とを個別に連通させる配管は、不要とされている。   The gas introduction unit 7 described above is connected to the gas introduction port 21 of the case 2 and has a function of increasing the pressure of the working chamber 20 by introducing gas from the gas introduction port 21 to the working chamber 20 of the case 2. If the rotation speed of the shaft 4 is the same, when the gas pressure in the working chamber 20 is increased, the gas density in the working chamber 20 increases, and the dynamic pressure type gas bearing 6 causes the shaft 4 to float. Increases buoyancy. As a result, the rotating shaft 4 in the working chamber 20 can be easily floated, and the performance of the gas bearing 6 with respect to the shaft 4 is improved. In this way, a method is adopted in which the buoyancy of the plurality of dynamic pressure type gas bearings 6 is increased by increasing the overall pressure of the working chamber 20 of the case 2. For this reason, even if a plurality of dynamic pressure type gas bearings 6 are provided in the working chamber 20, it is not necessary to provide supply passages for individually supplying gas to each of the gas bearings 6, and the piping structure is simplified. Is done. The working chamber 20 preferably has a highly airtight structure. That is, the piping for individually communicating the dynamic pressure type gas bearings 61, 62, 65 and the gas inlet 21 is not required. Similarly, piping for individually communicating the dynamic pressure type gas bearings 61, 62, 65 and the pressure accumulating chamber 70 is unnecessary.

図１に示すように、上記した気体導入部７は、高圧状態の気体を収容するための蓄圧室７０をもつ蓄圧タンク７１と、蓄圧室７０と作動室２０とを連通させ且つ蓄圧室７０に蓄圧された気体を作動室２０に供給するための供給通路７２と、供給通路７２を開閉させるための調圧弁７３とを備えている。調圧弁７３は、通常時には閉弁されており、通電時のみ開弁されるノーマルクローズ方式とされている。従って蓄圧室７０は通常には密閉されている。なお蓄圧室７０から作動室２０に気体を導入させるときには、調圧弁７３は開放される。   As shown in FIG. 1, the gas introduction unit 7 described above communicates the pressure accumulation tank 71 having the pressure accumulation chamber 70 for containing the high-pressure gas, the pressure accumulation chamber 70 and the working chamber 20, and is connected to the pressure accumulation chamber 70. A supply passage 72 for supplying the accumulated gas to the working chamber 20 and a pressure regulating valve 73 for opening and closing the supply passage 72 are provided. The pressure regulating valve 73 is normally closed and is normally closed only when energized. Therefore, the pressure accumulating chamber 70 is normally sealed. Note that when the gas is introduced from the pressure accumulation chamber 70 into the working chamber 20, the pressure regulating valve 73 is opened.

図１に示すように、ケース２の吐出通路３３は、流体通路３４および蓄圧通路７４を介して蓄圧タンク７１の蓄圧室７０に連通している。蓄圧通路７４は、冷却器３５の下流で且つ気体利用機器８の上流に設けられた分岐部３４ｃを介して、流体通路３４から分岐されている。蓄圧通路７４には蓄圧逆止弁７５および蓄圧弁７６が直列に設けられている。蓄圧通路７４において蓄圧逆止弁７５は蓄圧弁７６よりも上流に位置している。蓄圧逆止弁７５は、蓄圧室７０と流体通路３４とを連通させる弁口７５ａと、弁口７５ａを開閉可能な弁体７５ｂと、弁７５ｂ体を閉弁方向に付勢するバネで形成された付勢部７５ｃとをもつ。蓄圧逆止弁７５は、蓄圧室７０の圧力が抜けることを防止する弁であり、通常時には弁口７５ａは閉弁されており、弁口７５ａの入口側の圧力Ｐａが出口側の圧力Ｐｂよりも高くなるとき（厳密には付勢部７５ｃの付勢力も考慮する）、弁口７５ａが自動的に開弁されるノーマルクローズ方式とされている。蓄圧弁７６は電磁弁であり、蓄圧室７０と吐出通路３３との間に設けられており、通常時には閉弁されているノーマルクローズ方式とされている。蓄圧室７０に蓄圧するときには、蓄圧弁７６は開放される。   As shown in FIG. 1, the discharge passage 33 of the case 2 communicates with the pressure accumulation chamber 70 of the pressure accumulation tank 71 through the fluid passage 34 and the pressure accumulation passage 74. The pressure accumulation passage 74 is branched from the fluid passage 34 via a branch portion 34 c provided downstream of the cooler 35 and upstream of the gas utilization device 8. A pressure accumulation check valve 75 and a pressure accumulation valve 76 are provided in series in the pressure accumulation passage 74. In the pressure accumulation passage 74, the pressure accumulation check valve 75 is located upstream of the pressure accumulation valve 76. The pressure accumulation check valve 75 is formed by a valve port 75a that allows the pressure accumulation chamber 70 and the fluid passage 34 to communicate with each other, a valve body 75b that can open and close the valve port 75a, and a spring that biases the valve 75b body in the valve closing direction. And an urging portion 75c. The pressure accumulation check valve 75 is a valve that prevents the pressure in the pressure accumulation chamber 70 from being released. Normally, the valve port 75a is closed, and the pressure Pa on the inlet side of the valve port 75a is higher than the pressure Pb on the outlet side. Is higher (strictly, the urging force of the urging portion 75c is also taken into account), the normal closing system is employed in which the valve port 75a is automatically opened. The pressure accumulating valve 76 is an electromagnetic valve, is provided between the pressure accumulating chamber 70 and the discharge passage 33, and is a normally closed system that is normally closed. When accumulating pressure in the accumulator chamber 70, the accumulator valve 76 is opened.

図１に示すように、作動室２０の気体を排出させる導出通路７７が設けられている。導出通路７７は気体導入口２１から延設されている。導出通路７７には導出弁７８および導出逆止弁７９が設けられている。導出弁７８は電磁弁であり、通常時には閉弁されており、通電時のみ開弁されるノーマルクローズ方式とされている。作動室２０の気体を導出させるときには、導出弁７８は開放される。   As shown in FIG. 1, a lead-out passage 77 for discharging the gas in the working chamber 20 is provided. The outlet passage 77 extends from the gas inlet 21. A lead-out valve 78 and a lead-out check valve 79 are provided in the lead-out passage 77. The lead-out valve 78 is an electromagnetic valve, which is normally closed and is normally closed so that the valve is opened only when energized. When the gas in the working chamber 20 is led out, the lead-out valve 78 is opened.

作動室２０内の圧力が導出通路７７の下流側よりも高いときには、導出弁７８が開弁されると、作動室２０の気体は、気体導入口２１、導出通路７７、導出弁７８を介して放出される。導出逆止弁７９は、作動室２０に連通する弁口７９ａと、弁口７９ａを開閉可能な弁体７９ｂと、弁体７９ｂを閉弁方向に付勢するバネで形成された付勢部７９ｃとをもつ。導出逆止弁７９は、作動室２０の気体を流体通路３４に排出させる機能と、流体通路３４の気体が作動室２０側に逆流することを抑制する機能とをもつ。導出逆止弁７９は、通常時には弁口７９ａは閉弁されており、弁口７９ａの入口側の圧力Ｐｅが出口側の圧力Ｐｆよりも高くなるとき（厳密には付勢部７９ｃの付勢力も考慮する）、弁口７９ａが開弁されるノーマルクローズ方式とされている。なお、調圧弁７３，蓄圧弁７６，導出弁７８の開弁および閉弁は、制御部７９Ｍにより制御される。   When the pressure in the working chamber 20 is higher than the downstream side of the outlet passage 77, when the outlet valve 78 is opened, the gas in the working chamber 20 passes through the gas inlet 21, the outlet passage 77, and the outlet valve 78. Released. The lead-out check valve 79 includes a valve port 79a communicating with the working chamber 20, a valve body 79b capable of opening and closing the valve port 79a, and a biasing portion 79c formed by a spring that biases the valve body 79b in the valve closing direction. And have. The lead-out check valve 79 has a function of discharging the gas in the working chamber 20 to the fluid passage 34 and a function of suppressing the gas in the fluid passage 34 from flowing backward to the working chamber 20 side. Normally, the outlet check valve 79 is closed at the valve port 79a, and when the pressure Pe on the inlet side of the valve port 79a becomes higher than the pressure Pf on the outlet side (strictly speaking, the biasing force of the biasing portion 79c). The valve port 79a is opened normally. The opening and closing of the pressure regulating valve 73, the pressure accumulating valve 76, and the outlet valve 78 are controlled by the control unit 79M.

さてターボ圧縮機１の使用について説明を加える。ステータ５０の巻線部５２に励磁電流が流れると、シャフト４の軸芯の回りＰ１を回転する回転磁界が発生する。これによりシャフト４がロータ４０と共に軸芯Ｐ１の回りで回転する。すると、シャフト４に連結されている回転羽根４２が回転し、吸引用の開口３０から気体Ａが吸引される。更に気体Ａはディフューザ通路３２、スクロール室３１を経て吐出通路３３から高温高圧の気体Ｂとして吐出される。気体Ｂは、冷却器３５で冷却された後、流体通路３４を介して気体利用機器８に供給され、気体利用機器８で利用される。気体利用機器８が燃料電池のスタックである場合には、気体Ｂはカソードガスとしてスタックに供給される。スタックにはアノードガスも供給されているため、発電に使用される。   Now, the use of the turbo compressor 1 will be described. When an exciting current flows through the winding portion 52 of the stator 50, a rotating magnetic field is generated that rotates around the axis of the shaft 4 and P1. As a result, the shaft 4 rotates together with the rotor 40 around the axis P1. Then, the rotary blade 42 connected to the shaft 4 rotates and the gas A is sucked from the suction opening 30. Further, the gas A is discharged as a high-temperature and high-pressure gas B from the discharge passage 33 through the diffuser passage 32 and the scroll chamber 31. After the gas B is cooled by the cooler 35, the gas B is supplied to the gas utilization device 8 through the fluid passage 34 and used by the gas utilization device 8. When the gas utilization device 8 is a fuel cell stack, the gas B is supplied to the stack as a cathode gas. Since the anode gas is also supplied to the stack, it is used for power generation.

ターボ圧縮機１を起動させる前には、ターボ圧縮機１は停止しており、シャフト４は回転していない。このため、シャフト４の外壁面は、第１ラジアル軸受６１の軸受面、第２ラジアル軸受６２の軸受面、スラスト軸受６５のいずれかの軸受面に接触しているおそれがある。このため停止しているシャフト４を起動させて回転させる初期には、シャフト４、軸受６１、軸受６２、軸受６５は、損傷するおそれが高い。なお、シャフト４、軸受６１、軸受６２、軸受６５は、硬質材料で形成されたり、硬質の表面処理を施して形成されたり、あるいは、二硫化モリブデン、炭素系等の固体潤滑材を有する形態で形成されていることが好ましい。   Before the turbo compressor 1 is started, the turbo compressor 1 is stopped and the shaft 4 is not rotating. For this reason, the outer wall surface of the shaft 4 may be in contact with the bearing surface of the first radial bearing 61, the bearing surface of the second radial bearing 62, or the thrust bearing 65. For this reason, at the initial stage of starting and rotating the stopped shaft 4, the shaft 4, the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 are highly likely to be damaged. The shaft 4, the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 are formed of a hard material, formed with a hard surface treatment, or have a solid lubricant such as molybdenum disulfide or carbon. Preferably it is formed.

そこで本実施形態によれば次のように制御される。通常の状態では、弁７８，７３，７６は閉弁されて閉鎖されている。そして、ターボ圧縮機１を起動させる際（起動させる直前を含む）には、弁７８，７６を閉鎖させつつ、制御部７９Ｍは、調圧弁７３を開弁させて開放させる。これにより蓄圧タンク７１の蓄圧室７０に蓄圧されている高圧（例えば作動室２０よりも高圧）の気体を、供給通路７２を介して気体導入口２１から作動室２０に導入させる。これにより作動室２０の気体の圧力を高め、作動室２０の気体の密度を高める。ここで、作動室２０は密閉性が高いため、気体の密度は高く維持される。この結果、ターボ圧縮機１を起動させるとき、上記したベルヌーイの定理によれば、軸受６１，軸受６２，軸受６５における動圧浮力を早期に増加させることができる。従って、シャフト４、軸受６１、軸受６２、軸受６５の長寿命化に有利となる。   Therefore, according to the present embodiment, control is performed as follows. In a normal state, the valves 78, 73, and 76 are closed and closed. When the turbo compressor 1 is started (including immediately before starting), the control unit 79M opens and opens the pressure regulating valve 73 while closing the valves 78 and 76. As a result, high pressure gas (for example, higher pressure than the working chamber 20) accumulated in the pressure accumulating chamber 70 of the pressure accumulating tank 71 is introduced into the working chamber 20 from the gas inlet 21 via the supply passage 72. This increases the gas pressure in the working chamber 20 and increases the gas density in the working chamber 20. Here, since the working chamber 20 has high sealing performance, the gas density is maintained high. As a result, when the turbo compressor 1 is started, according to the Bernoulli theorem described above, the dynamic pressure buoyancy in the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 can be increased early. Therefore, it is advantageous for extending the life of the shaft 4, the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65.

これに対して、上記した回転磁界によりシャフト４の回転が増加して高速化すれば、軸受６１，軸受６２，軸受６５において発生する動圧が高くなる。このため、軸受６１，軸受６２，軸受６５における動圧浮力が増加する。このため、シャフト４に対する軸受性能が向上し。シャフト４は非接触状態で回転する。この結果、シャフト４、軸受６１、軸受６２、軸受６５における損傷のおそれが低減または回避され、これらの長寿命化を図り得る。   On the other hand, if the rotation of the shaft 4 is increased by the rotating magnetic field and the speed is increased, the dynamic pressure generated in the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 increases. For this reason, the dynamic pressure buoyancy in the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 increases. For this reason, the bearing performance with respect to the shaft 4 is improved. The shaft 4 rotates in a non-contact state. As a result, the risk of damage to the shaft 4, the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 is reduced or avoided, and the life of these parts can be extended.

上記したようにシャフト４が高速回転化すれば、前述したように、軸受６１，軸受６２，軸受６５において発生する動圧が高くなり、軸受６１，軸受６２，軸受６５における動圧浮力が増加し、シャフト４に対する軸受性能が向上する。   As described above, when the shaft 4 rotates at a high speed, the dynamic pressure generated in the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 increases as described above, and the dynamic pressure buoyancy in the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 increases. The bearing performance with respect to the shaft 4 is improved.

本実施形態によれば、シャフト４の回転速度が高速となれば、作動室２０の気体の密度を高めずとも、軸受６１，軸受６２，軸受６５における動圧浮力を増加させることができる。このため、調圧弁７３を閉鎖させることにより、蓄圧室７０からの気体の導入操作を停止させる。   According to this embodiment, if the rotational speed of the shaft 4 is high, the dynamic pressure buoyancy in the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 can be increased without increasing the gas density in the working chamber 20. For this reason, by closing the pressure regulating valve 73, the operation of introducing gas from the pressure accumulating chamber 70 is stopped.

即ち、本実施形態によれば、ターボ圧縮機１の種類にもよるが、起動開始から０．３〜２秒程度で、シャフト４の回転数は１万ｒｐｍ〜１０万ｒｐｍと高速回転域に到達し、シャフト４を非接触で支持できるように、軸受６１，軸受６２，軸受６５における動圧浮力を高くできる。このため、起動開始のタイミングから調圧弁７３を開弁させている間の時間（蓄圧室７０の気体を作動室２０に導入させている時間）は、かなり短いものである。ターボ圧縮機１の種類、シャフト４の最高回転速度などにもよるが、せいぜい５秒以内、または２秒以内、シャフト４の回転速度の如何によっては、１００ミリ秒以内、５０ミリ秒以内、更には１０ミリ秒以内とすることもできる。このため蓄圧室７０の圧力を長期にわたり維持するのに有利となる。   That is, according to the present embodiment, although depending on the type of the turbo compressor 1, the rotation speed of the shaft 4 is 10,000 rpm to 100,000 rpm in a high speed rotation range in about 0.3 to 2 seconds from the start of startup. The dynamic pressure buoyancy in the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 can be increased so that the shaft 4 can be supported without contact. For this reason, the time during which the pressure regulating valve 73 is opened from the start timing (the time during which the gas in the pressure accumulating chamber 70 is introduced into the working chamber 20) is considerably short. Depending on the type of turbo compressor 1 and the maximum rotational speed of the shaft 4, but within 5 seconds or within 2 seconds at most, within 100 milliseconds, within 50 milliseconds, depending on the rotational speed of the shaft 4. Can be within 10 milliseconds. This is advantageous for maintaining the pressure in the pressure accumulating chamber 70 over a long period of time.

更に本実施形態によれば、図１に示すように、回転羽根４２とケース２の作動室２０とが仕切部材３７により仕切られており、作動室２０の密閉性が高められている。このため、作動室２０からの気体流出が抑制され、作動室２０の気体の圧力および密度を高めに維持するのに有利となる。この場合、軸受６１における動圧浮力、軸受６２における動圧浮力、軸受６５における動圧浮力を増加させるのに有利となる。更に図１に示すように、仕切部材３７は、回転羽根４２と作動室２０とを分離させるシール材料で形成されたリング状のシール部３８を備えている。シール部３８はシャフト４の外壁面を同軸的に包囲している。このように回転羽根４２とケース２の作動室２０とがシール部３８で分離されている。シール部３８は、作動室２０の密閉性を高める高い気密シール性を有しており、作動室２０の密閉性を更に高める。このため作動室２０からの気体流出が抑制され、作動室２０の気体の圧力および密度を高めて維持するのに有利となる。従って、前記した動圧型の軸受６１、軸受６２、軸受６５における動圧浮力を一層高めることができる。   Furthermore, according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the rotary blade 42 and the working chamber 20 of the case 2 are partitioned by the partition member 37, and the sealing performance of the working chamber 20 is enhanced. For this reason, gas outflow from the working chamber 20 is suppressed, which is advantageous for maintaining a high pressure and density of the gas in the working chamber 20. In this case, it is advantageous to increase the dynamic pressure buoyancy in the bearing 61, the dynamic pressure buoyancy in the bearing 62, and the dynamic pressure buoyancy in the bearing 65. Further, as shown in FIG. 1, the partition member 37 includes a ring-shaped seal portion 38 formed of a seal material that separates the rotary blade 42 and the working chamber 20. The seal portion 38 coaxially surrounds the outer wall surface of the shaft 4. In this way, the rotary blade 42 and the working chamber 20 of the case 2 are separated by the seal portion 38. The seal portion 38 has a high hermetic sealing property that enhances the sealing property of the working chamber 20, and further improves the sealing property of the working chamber 20. For this reason, gas outflow from the working chamber 20 is suppressed, which is advantageous for increasing and maintaining the pressure and density of the gas in the working chamber 20. Accordingly, the dynamic pressure buoyancy in the above-described dynamic pressure type bearing 61, bearing 62, and bearing 65 can be further increased.

上記したように本実施形態によれば、回転羽根４２と作動室２０とを分離させるシール部３８が設けられている。このため、回転羽根４２の回転に伴い気流の影響を軸受６１、軸受６２、軸受６５が受けることが抑制されており、これらの軸受６１，６２，６５における動圧の変動が抑制されている。   As described above, according to the present embodiment, the seal portion 38 that separates the rotary blade 42 and the working chamber 20 is provided. For this reason, the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 are restrained from being affected by the airflow with the rotation of the rotary blade 42, and the fluctuation of the dynamic pressure in these bearings 61, 62, 65 is suppressed.

ところで、蓄圧室７０の圧力が低くなっている場合がある。この場合、ターボ圧縮機１の回転羽根４２が回転駆動している状態において、制御部７９Ｍが蓄圧弁７６を開弁すれば（一般的には、弁７３，７８が閉弁）、吐出通路３３から吐出される高圧（蓄圧室７０よりも高圧）の気体が蓄圧通路７４、蓄圧逆止弁７５、および蓄圧弁７６を介して蓄圧タンク７１の蓄圧室７０に供給される。この結果、蓄圧室７０において蓄圧作用が実行される。ここで、蓄圧逆止弁７５の入口側の圧力Ｐａとし、蓄圧逆止弁７５の出口側の圧力Ｐｂとするとき、Ｐａ＞Ｐｂのとき、蓄圧弁７６が開弁すれば、蓄圧通路７４において蓄圧方向（矢印Ｍ１方向）に気体が移動し、蓄圧室７０における蓄圧作用が実行される。   By the way, the pressure in the pressure accumulating chamber 70 may be low. In this case, if the control unit 79M opens the pressure accumulating valve 76 in a state where the rotary blade 42 of the turbo compressor 1 is rotationally driven (generally, the valves 73 and 78 are closed), the discharge passage 33 is provided. A high pressure gas (higher pressure than the pressure accumulation chamber 70) discharged from the pressure is supplied to the pressure accumulation chamber 70 of the pressure accumulation tank 71 through the pressure accumulation passage 74, the pressure accumulation check valve 75, and the pressure accumulation valve 76. As a result, the pressure accumulation action is executed in the pressure accumulation chamber 70. Here, when the pressure Pa on the inlet side of the pressure accumulation check valve 75 is set to the pressure Pb on the outlet side of the pressure accumulation check valve 75, and Pa> Pb, if the pressure accumulation valve 76 is opened, The gas moves in the pressure accumulation direction (arrow M1 direction), and the pressure accumulation action in the pressure accumulation chamber 70 is executed.

このように蓄圧するときにおいて、シャフト４および回転羽根４２の回転数を上昇させることにより、吐出通路３３から吐出される吐出圧を上昇させれば、圧力Ｐａが増加し、蓄圧室７０に蓄圧される圧力を高くすることができる。この場合、蓄圧室７０による気体導入能力を確保しつつ、小型化を図るのに有利となる。   When accumulating pressure in this way, if the discharge pressure discharged from the discharge passage 33 is increased by increasing the rotation speed of the shaft 4 and the rotary blade 42, the pressure Pa increases and is accumulated in the accumulator 70. Pressure can be increased. In this case, it is advantageous to reduce the size while ensuring the gas introduction capability of the pressure accumulating chamber 70.

また、Ｐａ＜Ｐｂの関係であれば、蓄圧逆止弁７５は自動的に閉弁するため、蓄圧通路７４において蓄圧方向（矢印Ｍ１方向）に気体が移動せず、基本的には、蓄圧室７０において蓄圧作用が実行されない。上記したように蓄圧室７０に蓄圧させるときには、冷却器３５で冷却された気体を蓄圧通路７４を介して蓄圧室７０に蓄圧させる。このため作動室２０に供給される気体は冷却済みである。このため、気体が作動室２０に供給されたとしても、軸受６１、軸受６２、軸受６５、ステータ５０、巻線部５２、ロータ４０の永久磁石等の過熱が抑制され、これらに対する保護性を高めることができる。   Further, if Pa <Pb, the pressure accumulation check valve 75 automatically closes, so that the gas does not move in the pressure accumulation direction (in the direction of the arrow M1) in the pressure accumulation passage 74, and basically the pressure accumulation chamber. At 70, the pressure accumulation action is not executed. As described above, when accumulating pressure in the accumulator chamber 70, the gas cooled by the cooler 35 is accumulated in the accumulator chamber 70 via the accumulator passage 74. For this reason, the gas supplied to the working chamber 20 has been cooled. For this reason, even if gas is supplied to the working chamber 20, overheating of the bearing 61, the bearing 62, the bearing 65, the stator 50, the winding portion 52, the permanent magnets of the rotor 40 and the like is suppressed, and the protection against these is improved. be able to.

なお、万一、ターボ圧縮機１の運転中にサージングによる脈動が吐出通路３３側に発生するときであっても、蓄圧弁７６を開弁させれば、サージングによる脈動の影響が蓄圧タンク７１の蓄圧室７０で抑制され、脈動を緩和させることができる。従ってサージングによる脈動の影響が軸受６１、軸受６２、軸受６５等に及ぼすことを抑えつつ、蓄圧室７０をサージング抑制用のタンク室として利用することができる。なおサージングは、シャフト４の回転数、吐出通路３３の圧力によって検知することができる。   Even if the pulsation due to surging occurs on the discharge passage 33 side during the operation of the turbo compressor 1, if the accumulator valve 76 is opened, the influence of the pulsation due to surging will affect the accumulator tank 71. Suppressed by the pressure accumulating chamber 70, the pulsation can be reduced. Accordingly, the pressure accumulation chamber 70 can be used as a tank chamber for suppressing surging while suppressing the influence of pulsation due to surging on the bearing 61, the bearing 62, the bearing 65, and the like. Surging can be detected by the rotation speed of the shaft 4 and the pressure of the discharge passage 33.

なお、蓄圧タンク７１の蓄圧室７０の容積をＶａとする。作動室２０のうちステータ５０、巻線部５２、シャフト４、軸受６１、軸受６２、軸受６５等の要素が占める容積を除いた空洞容積をＶｍとする。本実施形態によれば、Ｖａ＞Ｖｍの関係、Ｖａ＜Ｖｍの関係、Ｖａ／Ｖｍ＝０．８５〜１．１５の関係（Ｖａ＝Ｖｍ，Ｖａ≒Ｖｍ）のうちのいずれに設定しても良い。   The volume of the pressure accumulating chamber 70 of the pressure accumulating tank 71 is Va. The cavity volume excluding the volume occupied by elements such as the stator 50, the winding portion 52, the shaft 4, the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 in the working chamber 20 is defined as Vm. According to the present embodiment, any of the relationship Va> Vm, the relationship Va <Vm, and the relationship Va / Vm = 0.85 to 1.15 (Va = Vm, Va≈Vm) may be set. good.

Ｖａ＞Ｖｍの関係にあれば、蓄圧タンク７１の容積Ｖａが相対的に大きいため、蓄圧タンク７１に蓄圧されている気体を作動室２０に供給する総流量を増加することができ、シャフト４、軸受６１、軸受６２、軸受６５の損傷回避に貢献できる。また、Ｖａ＜Ｖｍの関係にあれば、シャフト４、軸受６１、軸受６２、軸受６５の損傷回避を図りつつ、蓄圧タンク７１の小型化を図り得る。またＶａ／Ｖｍ＝０．８５〜１．１５の関係にあれば、Ｖａ＝Ｖｍ，Ｖａ≒Ｖｍの関係が得られるため、蓄圧タンク７１の小型化を図りつつ、蓄圧タンク７１に蓄圧されている気体を作動室２０に供給する総流量を確保することができる。   If the relationship Va> Vm is satisfied, the volume Va of the pressure accumulating tank 71 is relatively large. Therefore, the total flow rate of supplying the gas accumulated in the pressure accumulating tank 71 to the working chamber 20 can be increased. This can contribute to avoiding damage to the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65. Further, if Va <Vm, the pressure accumulation tank 71 can be reduced in size while avoiding damage to the shaft 4, the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65. Further, if there is a relationship of Va / Vm = 0.85 to 1.15, a relationship of Va = Vm, Va≈Vm can be obtained, so that the pressure accumulation tank 71 is stored in pressure while the pressure accumulation tank 71 is reduced in size. A total flow rate for supplying the gas to the working chamber 20 can be secured.

（実施形態２）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。回転しているシャフト４の回転速度が低速であるとき、ベルヌーイの定理によれば、気体の密度が小さくなり、軸受６１、軸受６２、軸受６５における動圧浮力が少ない。このため、シャフト４、軸受６１、軸受６２、軸受６５における接触する頻度が高くなり、接触に起因して寿命が短くなるおそれがある。 (Embodiment 2)
Since the present embodiment has basically the same configuration and operation effects as the first embodiment, FIGS. 1 to 3 are applied mutatis mutandis. When the rotating speed of the rotating shaft 4 is low, according to Bernoulli's theorem, the gas density is small, and the dynamic pressure buoyancy in the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 is small. For this reason, the contact frequency in the shaft 4, the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 is increased, and the life may be shortened due to the contact.

そこで本実施形態によれば、シャフト４が回転しているにも拘わらず、シャフト４の回転速度が低速であり、第１設定値以下のときには、制御部７９Ｍは調圧弁７３を開弁させる。これにより蓄圧タンク７１の蓄圧室７０に蓄圧されている気体を供給通路７２を介して気体導入口２１から作動室２０に積極的に導入させる。これによりシャフト４が低速で回転しているとき、作動室２０の気体の圧力および密度を高める。この結果、軸受６１、軸受６２、軸受６５における動圧浮力が早期に増加する。従って、シャフト４の回転速度が低速であるときであっても、シャフト４、軸受６１、軸受６２、軸受６５における接触損傷のおそれが低減または回避される。   Therefore, according to the present embodiment, the control unit 79M opens the pressure regulating valve 73 when the rotational speed of the shaft 4 is low and is equal to or lower than the first set value even though the shaft 4 is rotating. Thereby, the gas accumulated in the pressure accumulating chamber 70 of the pressure accumulating tank 71 is positively introduced into the working chamber 20 from the gas inlet 21 via the supply passage 72. Thereby, when the shaft 4 is rotating at low speed, the pressure and density of the gas in the working chamber 20 are increased. As a result, the dynamic pressure buoyancy in the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 increases early. Therefore, even when the rotational speed of the shaft 4 is low, the risk of contact damage in the shaft 4, the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 is reduced or avoided.

なお、ターボ圧縮機１の用途、種類、気体の種類などに応じて、上記した第１設定値は適宜設定される。シャフト４の最大回転速度をα［ｒｐｍ］とするとき、第１設定値はα×β［ｒｐｍ］とすることができる。ターボ圧縮機１の用途、種類などに応じて、αは１万〜１０万［ｒｐｍ］、または１千〜１万［ｒｐｍ］が例示される。βの値は適宜選択されるが、０．００１〜０．５の範囲、０．０１〜０．３の範囲、０．０５〜０．２の範囲から適宜選択できる。但し、βの値はこれに限定されるものではない。   Note that the first set value described above is appropriately set according to the application, type, type of gas, and the like of the turbo compressor 1. When the maximum rotation speed of the shaft 4 is α [rpm], the first set value can be α × β [rpm]. Α is 10,000 to 100,000 [rpm], or 1,000 to 10,000 [rpm], depending on the use and type of the turbo compressor 1. The value of β is appropriately selected, but can be appropriately selected from the range of 0.001 to 0.5, the range of 0.01 to 0.3, and the range of 0.05 to 0.2. However, the value of β is not limited to this.

（実施形態３）
本実施形態は実施形態１，実施形態２と基本的には同様の構成、作用効果を有するため、図１〜図３を準用する。高速で回転しているシャフト４を減速させて停止させるとき、シャフト４の回転速度の減速に伴い、軸受６１における動圧浮力、軸受６２における動圧浮力、軸受６５における動圧浮力が次第に減少する。このため、シャフト４は、軸受６１、軸受６２、軸受６５において接触が発生する頻度が高くなり、接触による損傷が発生するおそれがある。 (Embodiment 3)
Since this embodiment has basically the same configuration and operational effects as the first and second embodiments, FIGS. 1 to 3 are applied mutatis mutandis. When the shaft 4 rotating at high speed is decelerated and stopped, the dynamic pressure buoyancy in the bearing 61, the dynamic pressure buoyancy in the bearing 62, and the dynamic pressure buoyancy in the bearing 65 gradually decrease as the rotational speed of the shaft 4 decreases. . For this reason, the shaft 4 is frequently contacted with the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65, and may be damaged by the contact.

そこで本実施形態によれば、高速で回転しているシャフト４を減速させて停止させるとき、調圧弁７３を開弁させる。これにより蓄圧タンク７１の蓄圧室７０に蓄圧されている高圧（作動室２０よりも高圧）の気体を、供給通路７２を介して気体導入口２１から作動室２０に導入させる。これにより作動室２０の気体の圧力を高め、作動室２０の気体の密度を高める。   Therefore, according to this embodiment, when the shaft 4 rotating at high speed is decelerated and stopped, the pressure regulating valve 73 is opened. As a result, high-pressure (higher pressure than the working chamber 20) gas accumulated in the pressure accumulating chamber 70 of the pressure accumulating tank 71 is introduced into the working chamber 20 from the gas inlet 21 via the supply passage 72. This increases the gas pressure in the working chamber 20 and increases the gas density in the working chamber 20.

この結果、回転しているターボ圧縮機１を停止させてシャフト４の回転を停止させるとき、軸受６１、軸受６２、軸受６５における動圧浮力を増加させることができる。従って、シャフト４、軸受６１、軸受６２、軸受６５における接触、接触に起因する損傷のおそれが低減または回避される。   As a result, when the rotating turbo compressor 1 is stopped and the rotation of the shaft 4 is stopped, the dynamic pressure buoyancy in the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 can be increased. Therefore, the contact in the shaft 4, the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 and the risk of damage due to the contact are reduced or avoided.

本実施形態においても、前述同様に、停止しているシャフト４を起動させるとき、調圧弁７３を開弁させる。これにより蓄圧タンク７１の蓄圧室７０に蓄圧されている高圧（作動室２０よりも高圧）の気体を、供給通路７２を介して気体導入口２１から作動室２０に導入させる。これにより作動室２０の気体の圧力を高め、作動室２０の気体の密度を高める。   Also in the present embodiment, the pressure regulating valve 73 is opened when starting the stopped shaft 4 as described above. As a result, high-pressure (higher pressure than the working chamber 20) gas accumulated in the pressure accumulating chamber 70 of the pressure accumulating tank 71 is introduced into the working chamber 20 from the gas inlet 21 via the supply passage 72. This increases the gas pressure in the working chamber 20 and increases the gas density in the working chamber 20.

（実施形態４）
本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成、作用効果を有する。本実施形態においても、シャフト４が回転しているとき、シャフト４の回転速度が高速となれば、軸受６１における動圧浮力、軸受６２における動圧浮力、軸受６５における動圧浮力が増加するため、調圧弁７３を閉鎖し、蓄圧室７０から作動室２０に気体を導入させる操作を停止する。これにより蓄圧室７０の気体の流量を節約する。 (Embodiment 4)
The present embodiment has basically the same configuration and function as the first to third embodiments. Also in this embodiment, when the rotation speed of the shaft 4 becomes high when the shaft 4 is rotating, the dynamic pressure buoyancy in the bearing 61, the dynamic pressure buoyancy in the bearing 62, and the dynamic pressure buoyancy in the bearing 65 increase. Then, the pressure regulating valve 73 is closed, and the operation of introducing gas from the pressure accumulation chamber 70 to the working chamber 20 is stopped. This saves the gas flow rate in the pressure accumulating chamber 70.

本実施形態においても、シャフト４が停止しているときの他に、シャフト４の回転速度が低速で第１設定値以下のときには、調圧弁７３を開弁させる。これにより蓄圧タンク７１の蓄圧室７０に蓄圧されている気体を供給通路７２を介して気体導入口２１から作動室２０に導入させる。これにより作動室２０の気体の圧力を高め、作動室２０の気体の密度を高める。この結果、ターボ圧縮機１を起動させるとき、軸受６１における動圧浮力、軸受６２における動圧浮力、軸受６５における動圧浮力を積極的に増加させることができる。従って、シャフト４、軸受６１、軸受６２、軸受６５における接触、接触に基づく損傷のおそれが低減または回避される。   Also in the present embodiment, in addition to when the shaft 4 is stopped, the pressure regulating valve 73 is opened when the rotational speed of the shaft 4 is low and not more than the first set value. As a result, the gas accumulated in the pressure accumulation chamber 70 of the pressure accumulation tank 71 is introduced into the working chamber 20 from the gas inlet 21 via the supply passage 72. This increases the gas pressure in the working chamber 20 and increases the gas density in the working chamber 20. As a result, when the turbo compressor 1 is started, the dynamic pressure buoyancy in the bearing 61, the dynamic pressure buoyancy in the bearing 62, and the dynamic pressure buoyancy in the bearing 65 can be positively increased. Therefore, the contact in the shaft 4, the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 and the risk of damage based on the contact are reduced or avoided.

更に、シャフト４が高速回転してシャフト４の回転速度が第２設定値以上になるとき、シャフト４の回転に伴い風損が増加し、その分だけ余分な動力が必要となる。ここで、風損は、基本的に風速の二乗および圧力に比例して増加すると言われている。この点について本実施形態によれば、シャフト４が高速回転してその回転速度が第２設定値以上となるとき、導出弁７８を開弁させる。これにより作動室２０の気体を気体導入口２１から導出通路７７を介して導出させる。これにより作動室２０の気体の圧力を低下させ、作動室２０の気体の密度を低下させる風損低減操作を実施する。この結果、シャフト４の高速回転化に伴う風損が低減される。   Furthermore, when the shaft 4 rotates at a high speed and the rotation speed of the shaft 4 becomes equal to or higher than the second set value, windage loss increases with the rotation of the shaft 4, and extra power is required accordingly. Here, it is said that the wind loss basically increases in proportion to the square of the wind speed and the pressure. In this regard, according to the present embodiment, when the shaft 4 rotates at a high speed and the rotation speed becomes equal to or higher than the second set value, the derivation valve 78 is opened. As a result, the gas in the working chamber 20 is led out from the gas inlet 21 through the lead-out passage 77. As a result, the wind pressure reducing operation is performed to reduce the gas pressure in the working chamber 20 and to reduce the gas density in the working chamber 20. As a result, windage loss due to the high speed rotation of the shaft 4 is reduced.

なお、ターボ圧縮機１の用途、種類、気体種類などに応じて、上記した第２設定値は適宜設定される。シャフト４の最大回転速度をα［ｒｐｍ］とするとき、第２設定値はα×γ［ｒｐｍ］とすることができる。ターボ圧縮機１の用途、種類などに応じて、βの値は適宜選択されるが、０．３〜０．８の範囲、０．４〜０．７の範囲、０．５〜０．６の範囲から適宜選択できる。但しこれに限定されるものではない。上記した風損低減操作は全ての実施形態に適用できる。   Note that the above-described second set value is appropriately set according to the application, type, gas type, and the like of the turbo compressor 1. When the maximum rotation speed of the shaft 4 is α [rpm], the second set value can be α × γ [rpm]. The value of β is appropriately selected according to the use and type of the turbo compressor 1, but is in the range of 0.3 to 0.8, 0.4 to 0.7, 0.5 to 0.6. It can select suitably from the range. However, it is not limited to this. The above-described windage loss reduction operation can be applied to all the embodiments.

（実施形態５）
図４は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１〜４と基本的には同様の構成、作用効果を有する。本実施形態によれば、気体利用機器８は、フロン系等の冷媒を使用する機器（例えば冷凍機器、空調機器）とされている。蓄圧室７０に蓄圧される気体は、フロン系等の冷媒系とされている。従って流体通路３４を流れる流体もフロン系等の冷媒系とされている。従って図４に示すように、導出通路７７の下流の先端７７ｋは流体通路３４に連通している。よって、導出通路７７および流体通路３４は、冷媒を外気に放出させないクローズ系とされており、環境面で有利とされている。 (Embodiment 5)
FIG. 4 shows a fifth embodiment. This embodiment has basically the same configuration and function as the first to fourth embodiments. According to the present embodiment, the gas utilization device 8 is a device (for example, a refrigeration device or an air conditioning device) that uses a refrigerant such as a fluorocarbon. The gas stored in the pressure accumulating chamber 70 is a refrigerant system such as a chlorofluorocarbon system. Therefore, the fluid flowing through the fluid passage 34 is also a refrigerant system such as a chlorofluorocarbon system. Therefore, as shown in FIG. 4, the tip 77 k downstream of the outlet passage 77 communicates with the fluid passage 34. Therefore, the outlet passage 77 and the fluid passage 34 are closed systems that do not release the refrigerant to the outside air, which is advantageous in terms of environment.

本実施形態においても、ターボ圧縮機１を起動させる際（起動させる直前を含む）には、蓄圧室７０の圧力は作動室２０よりも高く設定されている。このようにターボ圧縮機１を起動させるとき（起動させる直前を含む）、あるいは、シャフト４が回転しているものの、シャフト４の回転速度が低速であるとき、あるいは、高速で回転しているシャフト４を停止させるとき等のいずれか少なくとも一つの段階において、制御部７９は調圧弁７３を開弁させて開放させる。これにより蓄圧タンク７１の蓄圧室７０に蓄圧されている高圧の気体を、供給通路７２を介して気体導入口２１から作動室２０に導入させる。これにより作動室２０の気体の圧力を高め、作動室２０の気体の密度を高める。この結果、ターボ圧縮機１を起動させるとき、軸受６１、軸受６２、軸受６５における動圧浮力を増加させることができる。従って、シャフト４、軸受６１、軸受６２、軸受６５における接触低減または回避され、ひいては接触に起因する損傷のおそれが低減または回避される。なお、全ての実施形態において、シャフト４を停止させるときには、気体導入操作を実施することが好ましい。   Also in the present embodiment, when starting up the turbo compressor 1 (including immediately before starting up), the pressure in the pressure accumulating chamber 70 is set higher than that in the working chamber 20. As described above, when the turbo compressor 1 is started (including immediately before starting), or when the shaft 4 is rotating but the rotation speed of the shaft 4 is low, or the shaft is rotating at high speed. In at least one stage such as when 4 is stopped, the control unit 79 opens and opens the pressure regulating valve 73. As a result, the high-pressure gas accumulated in the pressure accumulation chamber 70 of the pressure accumulation tank 71 is introduced into the working chamber 20 from the gas inlet 21 via the supply passage 72. This increases the gas pressure in the working chamber 20 and increases the gas density in the working chamber 20. As a result, when the turbo compressor 1 is started, the dynamic pressure buoyancy in the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 can be increased. Therefore, the contact in the shaft 4, the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 is reduced or avoided, and the risk of damage due to the contact is reduced or avoided. In all the embodiments, when the shaft 4 is stopped, it is preferable to perform a gas introduction operation.

（実施形態６）
図５は実施形態６を示す。本実施形態は実施形態１〜５と基本的には同様の構成、作用効果を有する。本実施形態によれば、気体導入部７は、気体を収容するための蓄圧室７０と、蓄圧室７０の容積を小さくすることにより蓄圧室７０の圧力を増圧させるためのピストン状の可動体７０ｐとを備えている。蓄圧室７０の容積を可変とする方向に、可動体７０ｐはアクチュエータ７０ｍ（例えばモータ、流体圧シリンダ）により前進後退される。 (Embodiment 6)
FIG. 5 shows a sixth embodiment. The present embodiment has basically the same configuration and effect as the first to fifth embodiments. According to the present embodiment, the gas introduction unit 7 includes a pressure accumulation chamber 70 for containing gas, and a piston-like movable body for increasing the pressure in the pressure accumulation chamber 70 by reducing the volume of the pressure accumulation chamber 70. 70p. The movable body 70p is moved forward and backward by an actuator 70m (for example, a motor or a fluid pressure cylinder) in a direction in which the volume of the pressure accumulating chamber 70 is variable.

本実施形態によれば、停止しているターボ圧縮機１を起動させるとき（起動させる直前を含む）、あるいは、シャフト４が回転しているものの低速であるとき、あるいは、高速回転しているシャフト４を停止させるときのうちの少なくとも一つの段階においては、シャフト４，軸受６１、軸受６２、軸受６５に接触が発生するおそれがあり、長寿命化には限界がある。   According to this embodiment, when the turbo compressor 1 is stopped (including immediately before starting), or when the shaft 4 is rotating but at a low speed, or the shaft is rotating at a high speed. In at least one stage of stopping 4, there is a risk of contact with shaft 4, bearing 61, bearing 62, and bearing 65, and there is a limit to extending the life.

そこで調圧弁７３を開弁させる。これにより蓄圧タンク７１の蓄圧室７０に蓄圧されている気体を、供給通路７２を介して気体導入口２１から作動室２０に導入させる。これにより作動室２０の気体の圧力および気体の密度を高める。この結果、軸受６１、軸受６２、軸受６５における動圧浮力を、気体導入前（調圧弁７３の開弁前）よりも増加させることができる。従って、シャフト４、軸受６１、軸受６２、軸受６５における接触が低減または回避される。故に、接触に基づく損傷のおそれが低減または回避される。   Therefore, the pressure regulating valve 73 is opened. As a result, the gas accumulated in the pressure accumulation chamber 70 of the pressure accumulation tank 71 is introduced into the working chamber 20 from the gas inlet 21 via the supply passage 72. This increases the gas pressure and gas density in the working chamber 20. As a result, the dynamic pressure buoyancy in the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 can be increased more than before the introduction of gas (before the pressure regulating valve 73 is opened). Therefore, contact at the shaft 4, the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 is reduced or avoided. Therefore, the risk of damage due to contact is reduced or avoided.

蓄圧室７０の圧力が低下したら、必要に応じて、可動体７０ｐを移動させ、蓄圧室７０の容積を小さくする。これにより蓄圧室７０の圧力を増圧させる増圧工程を実施することができる。従って、調圧弁７３を開弁させれば、蓄圧タンク７１の蓄圧室７０に蓄圧されている高圧の気体を供給通路７２を介して気体導入口２１から作動室２０に導入させる導入操作を速やかに実施することができる。   When the pressure in the pressure accumulating chamber 70 decreases, the movable body 70p is moved as necessary to reduce the volume of the pressure accumulating chamber 70. As a result, a pressure increasing process for increasing the pressure in the pressure accumulating chamber 70 can be performed. Therefore, if the pressure regulating valve 73 is opened, the introduction operation for introducing the high-pressure gas accumulated in the pressure accumulation chamber 70 of the pressure accumulation tank 71 from the gas inlet 21 to the working chamber 20 via the supply passage 72 is quickly performed. Can be implemented.

調圧弁７３を開弁させる導入操作において、蓄圧室７０の容積を小さくする方向に可動体７０ｐを移動させる増圧工程を行い、蓄圧室７０の気体を供給通路７２を介して作動室２０に導入させても良い。   In the introduction operation for opening the pressure regulating valve 73, a pressure increasing process is performed in which the movable body 70p is moved in a direction to reduce the volume of the pressure accumulating chamber 70, and the gas in the pressure accumulating chamber 70 is introduced into the working chamber 20 via the supply passage 72. You may let them.

本実施形態においても、シャフト４の回転速度が高速となれば、軸受６１、軸受６２、軸受６５における動圧浮力が増加するため、調圧弁７３を閉鎖させる。更に、蓄圧室７０の容積が増加する方向に可動体７３ｐをアクチュエータ７０ｍにより移動させて蓄圧室７０を減圧させると共に、蓄圧弁７６を開弁させれば、流体通路３４を流れる高圧（蓄圧室７０よりも高圧）の気体が蓄圧通路７４、蓄圧逆止弁７５、蓄圧弁７６を介して蓄圧室７０に供給される。これにより蓄圧室７０の圧力が高圧化される。   Also in the present embodiment, if the rotational speed of the shaft 4 becomes high, the dynamic pressure buoyancy in the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 increases, so the pressure regulating valve 73 is closed. Furthermore, if the movable body 73p is moved by the actuator 70m in the direction in which the volume of the pressure accumulating chamber 70 increases, the pressure accumulating chamber 70 is depressurized and the pressure accumulating valve 76 is opened. Gas) is supplied to the pressure accumulation chamber 70 via the pressure accumulation passage 74, the pressure accumulation check valve 75, and the pressure accumulation valve 76. As a result, the pressure in the pressure accumulating chamber 70 is increased.

（実施形態７）
図６は実施形態７を示す。本実施形態は実施形態１〜６と基本的には同様の構成、作用効果を有する。本実施形態によれば、図６に示すように、ケース２は複数の気体導入口２１（２１ｆ，２１ｓ）を有する。気体導入口２１ｆは軸受６２よりも軸受６１に近い。気体導入口２１ｓは軸受６１よりも軸受６２，６５に近い。このため軸受６２における動圧浮力の応答速度と、軸受６２，６５における動圧浮力の応答速度とをできるだけ近づけることができ、シャフト４の回転が円滑となる。本実施形態においても、調圧弁７３が開弁するときには、導出弁７８は閉弁している。 (Embodiment 7)
FIG. 6 shows a seventh embodiment. The present embodiment has basically the same configuration and operational effects as the first to sixth embodiments. According to this embodiment, as shown in FIG. 6, the case 2 has a plurality of gas inlets 21 (21f, 21s). The gas inlet 21 f is closer to the bearing 61 than the bearing 62. The gas inlet 21 s is closer to the bearings 62 and 65 than the bearing 61. For this reason, the response speed of the dynamic pressure buoyancy in the bearing 62 and the response speed of the dynamic pressure buoyancy in the bearings 62 and 65 can be made as close as possible, and the rotation of the shaft 4 becomes smooth. Also in the present embodiment, when the pressure regulating valve 73 is opened, the outlet valve 78 is closed.

（実施形態８）
図７は実施形態８を示す。本実施形態は実施形態１〜７と基本的には同様の構成、作用効果を有する。本実施形態によれば、回転シャフト装置は発電機１Ｅとされている。即ち、ケース２の第３ケース２６は、エンジンの排気ガスが送給される送給通路２６ｍと、中間通路２７ｍと、吐出通路３３ｍとを備えている。図略のエンジンから排出される排気ガスが送給通路２６ｍに供給されると、排気ガスは回転羽根４２を回転させつつ吐出通路３３ｍから排出される。このように排出ガスを駆動源として回転羽根４２がシャフト４およびロータ４０と共に回転する。ロータ４０は永久磁石を有するため、巻線部５２に電流が発生し、電気エネルギが生成される。 (Embodiment 8)
FIG. 7 shows an eighth embodiment. This embodiment has basically the same configuration and function as the first to seventh embodiments. According to this embodiment, the rotating shaft device is the generator 1E. That is, the third case 26 of the case 2 includes a supply passage 26m through which engine exhaust gas is supplied, an intermediate passage 27m, and a discharge passage 33m. When exhaust gas discharged from an unillustrated engine is supplied to the supply passage 26m, the exhaust gas is discharged from the discharge passage 33m while rotating the rotary blades 42. In this way, the rotary blade 42 rotates together with the shaft 4 and the rotor 40 using the exhaust gas as a drive source. Since the rotor 40 has a permanent magnet, a current is generated in the winding portion 52, and electric energy is generated.

本実施形態によれば、発電機を起動させるとき（起動させる直前を含む）、発電機のシャフト４が回転しているものの、回転速度が低いとき、回転駆動している発電機１Ｅを停止させるときのうちの少なくとも一つの段階において、蓄圧タンク７１の蓄圧室７０に蓄圧されている気体を、供給通路７２を介して、気体導入口２１から作動室２０に導入させる。これにより作動室２０の気体の圧力および気体の密度を高める。この結果、エンジンの排気ガスで発電機１Ｅを起動させるとき、軸受６１、軸受６２、軸受６５における動圧浮力を積極的に増加させることができる。従って、上記した段階において、シャフト４、軸受６１、軸受６２、軸受６５における接触が低減または回避され、ひいては、接触に起因する損傷のおそれが低減または回避される。なお、発電機のシャフト４の回転速度が高速化すれば、風損を低減させるべく、導出弁７８を開弁させて作動室２０の気体を排出させ、作動室２０の気体の圧力を低下させると共に、作動室２０の気体の密度を低下させる。   According to the present embodiment, when the generator is started (including immediately before starting), the generator 1E that is rotationally driven is stopped when the rotation speed is low although the shaft 4 of the generator is rotating. In at least one stage of the time, the gas accumulated in the pressure accumulating chamber 70 of the pressure accumulating tank 71 is introduced into the working chamber 20 from the gas inlet 21 via the supply passage 72. This increases the gas pressure and gas density in the working chamber 20. As a result, the dynamic pressure buoyancy in the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 can be positively increased when the generator 1E is started with the engine exhaust gas. Therefore, in the above-described stage, contact in the shaft 4, the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 is reduced or avoided, and consequently, the risk of damage due to contact is reduced or avoided. If the rotation speed of the generator shaft 4 is increased, the outlet valve 78 is opened to discharge the gas in the working chamber 20 and the pressure of the gas in the working chamber 20 is reduced in order to reduce windage loss. At the same time, the density of the gas in the working chamber 20 is reduced.

（実施形態９）
図８は実施形態９を示す。本実施形態は実施形態１〜８と基本的には同様の構成、作用効果を有する。但し本実施形態によれば、回転シャフト装置は発電機１Ｆとされている。シャフト４の先端部４ｘは、クラッチ９２を介してエンジン９０の駆動軸９１に接続されている。エンジン６０は、シャフト４を機械的に回転させる機械的回転力を発生させるための機械的回転力発生部として機能する。クラッチ９２がシャフト４とエンジン９０の駆動軸９１とを繋いでいる状態のとき、エンジン９０が駆動すると、永久磁石をもつロータ４０と共にシャフト４は軸芯Ｐ１回りで回転する。ロータ４０は永久磁石を有するため、巻線部５２に電流を発生させ、電気エネルギを生成させる。 (Embodiment 9)
FIG. 8 shows a ninth embodiment. The present embodiment has basically the same configuration and function as the first to eighth embodiments. However, according to this embodiment, the rotating shaft device is the generator 1F. The distal end portion 4x of the shaft 4 is connected to the drive shaft 91 of the engine 90 via the clutch 92. The engine 60 functions as a mechanical rotational force generator for generating a mechanical rotational force that mechanically rotates the shaft 4. When the clutch 92 is connected to the shaft 4 and the drive shaft 91 of the engine 90, when the engine 90 is driven, the shaft 4 rotates about the axis P1 together with the rotor 40 having a permanent magnet. Since the rotor 40 has a permanent magnet, an electric current is generated in the winding part 52 to generate electric energy.

本実施形態によれば、発電機１Ｆを起動させる際（起動させる直前を含む）、発電機が回転駆動しているものの、シャフト４の回転速度が低いとき、回転駆動している発電機を停止させるときのうちの少なくとも一つの段階において、調圧弁（図略）を開弁させる。これにより蓄圧タンク７１の蓄圧室７０に蓄圧されている高圧（作動室２０よりも高圧）の気体を、供給通路７２を介して、気体導入口２１から作動室２０に導入させる。これにより作動室２０の気体の圧力を高める。この結果、軸受６１における動圧浮力、軸受６２における動圧浮力、軸受６５における動圧浮力を積極的に増加させる。従って、シャフト４、軸受６１、軸受６２、軸受６５における損傷のおそれが低減または回避される。   According to this embodiment, when the generator 1F is started (including immediately before starting), the generator that is rotationally driven is stopped when the rotational speed of the shaft 4 is low although the generator is rotationally driven. In at least one of the steps, the pressure regulating valve (not shown) is opened. As a result, a high-pressure (higher pressure than the working chamber 20) gas accumulated in the pressure accumulating chamber 70 of the pressure accumulating tank 71 is introduced into the working chamber 20 from the gas inlet 21 via the supply passage 72. Thereby, the pressure of the gas in the working chamber 20 is increased. As a result, the dynamic pressure buoyancy in the bearing 61, the dynamic pressure buoyancy in the bearing 62, and the dynamic pressure buoyancy in the bearing 65 are positively increased. Therefore, the risk of damage to the shaft 4, the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 is reduced or avoided.

（実施形態１０）
図９は実施形態１０を示す。本実施形態は実施形態１〜９と基本的には同様の構成、作用効果を有する。本実施形態によれば、第１ケース２４の外周側には、冷媒が流れる冷媒室２７０がリング形状に同軸的に配置されている。蓄圧タンク７１は冷媒室２７０の外周側にリング筒状に配置されており、第１ケース２４の軸芯（シャフト４の軸芯Ｐ１）に対してほぼ同軸的に形成されている。従って、第１ケース２４、冷媒室２７０、蓄圧タンク７１の蓄圧室７０は、リング筒状に配置されており、シャフト４の軸芯Ｐ１に対してほぼ同軸的に形成されている。即ち、図９に示すように、冷媒室２７０は、径方向において蓄圧室７０と作動室２０とで挟まれている。 (Embodiment 10)
FIG. 9 shows a tenth embodiment. The present embodiment has basically the same configuration and effect as the first to ninth embodiments. According to the present embodiment, the refrigerant chamber 270 in which the refrigerant flows is coaxially arranged in a ring shape on the outer peripheral side of the first case 24. The pressure accumulating tank 71 is arranged in a ring tube shape on the outer peripheral side of the refrigerant chamber 270 and is formed substantially coaxially with respect to the axis of the first case 24 (the axis P1 of the shaft 4). Accordingly, the first case 24, the refrigerant chamber 270, and the pressure accumulating chamber 70 of the pressure accumulating tank 71 are arranged in a ring cylinder shape and are formed substantially coaxially with respect to the axis P <b> 1 of the shaft 4. That is, as shown in FIG. 9, the refrigerant chamber 270 is sandwiched between the pressure accumulating chamber 70 and the working chamber 20 in the radial direction.

冷媒（冷却水などの冷却液、冷却用空気）が冷媒室２７０に流れると、第１ケース２４の作動室２０内のステータ５０および巻線部５２を積極的に冷却でき、ステータ５０および巻線部５２のモータ効率を高めることができる。更に、冷媒室２７０は蓄圧室７０の気体を積極的に冷却でき、蓄圧室７０に蓄積する気体質量を増加させることができる。このように蓄圧室７０の気体が冷却されるため、蓄圧室７０の気体を作動室２０に供給するとき、作動室２０におけるロータ４０等の永久磁石、ステータ５０および巻線部５２の過熱が抑制される。更に本実施形態によれば、ケース２と蓄圧室７０と冷媒室２７０とが同軸的に一体に形成されているため、小型化に有利となる。なお、ケース２と蓄圧室７０とが非同軸型で一体に形成されている場合でもよい。ケース２と冷媒室２７０が非同軸型で一体に形成されている場合でもよい。更に冷媒室２７０が設けられていない場合でも良い。   When the refrigerant (coolant such as cooling water, cooling air) flows into the refrigerant chamber 270, the stator 50 and the winding portion 52 in the working chamber 20 of the first case 24 can be actively cooled, and the stator 50 and the winding The motor efficiency of the part 52 can be increased. Furthermore, the refrigerant chamber 270 can positively cool the gas in the pressure accumulating chamber 70 and increase the mass of gas accumulated in the pressure accumulating chamber 70. Since the gas in the pressure accumulating chamber 70 is cooled in this manner, when the gas in the pressure accumulating chamber 70 is supplied to the working chamber 20, overheating of the permanent magnets such as the rotor 40, the stator 50, and the winding portion 52 in the working chamber 20 is suppressed. Is done. Furthermore, according to the present embodiment, the case 2, the pressure accumulating chamber 70, and the refrigerant chamber 270 are integrally formed coaxially, which is advantageous for downsizing. In addition, the case 2 and the pressure accumulation chamber 70 may be formed integrally with a non-coaxial type. The case 2 and the refrigerant chamber 270 may be non-coaxial and integrally formed. Further, the refrigerant chamber 270 may not be provided.

（実施形態１１）
図１０は実施形態１１を示す。本実施形態は実施形態１〜１０と基本的には同様の構成、作用効果を有する。本実施形態によれば、図１０に示すように、気体導入部７は、気体を収容するための気体収容室として機能する蓄圧室７０と、蓄圧室７０の容積を可変とすることにより蓄圧室７０の圧力を調圧するためのピストン状の可動体７０ｐと、可動体７０ｐで仕切られた大気連通室７０ｗとを備えている。蓄圧室７０の容積を可変とする方向に、可動体７０ｐはアクチュエータ７０ｍ（例えばモータ、流体圧シリンダ）により前進後退される。可動体７０ｐには大気連通孔７０ｕと、大気連通孔７０ｕを開閉する弁７０ｓとが設けられている。 (Embodiment 11)
FIG. 10 shows an eleventh embodiment. This embodiment basically has the same configuration and effect as the first to tenth embodiments. According to the present embodiment, as shown in FIG. 10, the gas introduction unit 7 includes a pressure accumulating chamber 70 that functions as a gas accommodating chamber for accommodating gas, and a pressure accumulating chamber by changing the volume of the pressure accumulating chamber 70. A piston-like movable body 70p for regulating the pressure of 70 and an atmosphere communication chamber 70w partitioned by the movable body 70p are provided. The movable body 70p is moved forward and backward by an actuator 70m (for example, a motor or a fluid pressure cylinder) in a direction in which the volume of the pressure accumulating chamber 70 is variable. The movable body 70p is provided with an atmosphere communication hole 70u and a valve 70s for opening and closing the atmosphere communication hole 70u.

本実施形態によれば、図１０から理解できるように、軸受６１、軸受６２、軸受６５における動圧浮力を高めるとき（動圧型の気体軸受における接触を低減または回避させるとき）には、蓄圧室７０の容積を小さくする方向に、アクチュエータ７０ｍは可動体７０ｐを矢印Ｆ１方向に前進させる。これにより蓄圧タンク７１の蓄圧室７０の気体を、供給通路７２を介して気体導入口２１から作動室２０に導入させる。これにより作動室２０の気体（一般的には空気）の圧力および密度を高める。この場合、蓄圧室７０の圧力は大気連通室７０ｗの圧力よりも増圧されるため、弁７０ｓは矢印Ｓ１方向に閉鎖し、大気連通孔７０ｕは閉鎖される。この場合蓄圧室７０の圧力が維持される。   According to the present embodiment, as can be understood from FIG. 10, when increasing the dynamic pressure buoyancy in the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 (when reducing or avoiding contact in a dynamic pressure type gas bearing), The actuator 70m advances the movable body 70p in the direction of the arrow F1 in the direction of decreasing the volume of the 70. As a result, the gas in the pressure accumulating chamber 70 of the pressure accumulating tank 71 is introduced into the working chamber 20 from the gas inlet 21 via the supply passage 72. This increases the pressure and density of the gas (generally air) in the working chamber 20. In this case, since the pressure in the pressure accumulating chamber 70 is increased more than the pressure in the atmosphere communication chamber 70w, the valve 70s is closed in the arrow S1 direction, and the atmosphere communication hole 70u is closed. In this case, the pressure in the pressure accumulating chamber 70 is maintained.

これに対して、シャフト４の回転数が増加して中速回転または高速回転となったら、蓄圧室７０の容積を増加させる方向に、アクチュエータ７０ｍは可動体７０ｐを矢印Ｆ２方向に後退させる。これにより蓄圧室７０を減圧し、作動室２０の気体を供給通路７２を介して蓄圧タンク７１の蓄圧室７０に戻すと共に、作動室２０の気体の圧力および密度を低下させ、風損を低減させる。この場合、蓄圧室７０は減圧されるため、蓄圧室７０の圧力よりも大気連通室７０ｗの圧力が高くなり、弁７０ｓは矢印Ｓ２方向に開放し、大気連通孔７０ｕは開放され、大気室７０ｗから大気（気体）が蓄圧室７０に流入する。なお、供給通路７２には調圧弁を設けても良いし、設けずとも良い。   On the other hand, when the rotational speed of the shaft 4 increases to become a medium speed rotation or a high speed rotation, the actuator 70m moves the movable body 70p backward in the direction of arrow F2 in a direction to increase the volume of the pressure accumulating chamber 70. As a result, the pressure accumulation chamber 70 is depressurized, and the gas in the working chamber 20 is returned to the pressure accumulation chamber 70 of the pressure accumulation tank 71 via the supply passage 72, and the pressure and density of the gas in the working chamber 20 are reduced to reduce windage loss. . In this case, since the pressure accumulation chamber 70 is depressurized, the pressure in the atmosphere communication chamber 70w becomes higher than the pressure in the pressure accumulation chamber 70, the valve 70s opens in the direction of the arrow S2, the atmosphere communication hole 70u is opened, and the atmosphere chamber 70w. From the atmosphere flows into the pressure accumulating chamber 70. The supply passage 72 may or may not be provided with a pressure regulating valve.

（実施形態１２）
図１１は実施形態１２を示す。本実施形態は実施形態１〜９と基本的には同様の構成、作用効果を有する。燃料電池システムは、カソード流体が供給されるカソード１０１とアノード流体が供給されるアノード１０２とを有する燃料電池のスタック１００と、カソード流体をカソード１０１に供給するカソード流体通路２０１と、アノード流体をアノードに供給するアノード流体通路２０４と、カソード１０１からカソードオフ流体を排出するカソードオフ流体通路２０２と、アノード１０２からアノードオフ流体を排出するアノードオフ流体通路２０５とをもつ。カソード流体通路２０１は第１開閉弁３０１をもつ。カソードオフ流体通路２０２は第２開閉弁３０２をもつ。アノード流体通路２０４は第３開閉弁３０３をもつ。アノードオフ流体通路２０５は第４開閉弁３０４をもつ。 Embodiment 12
FIG. 11 shows a twelfth embodiment. The present embodiment has basically the same configuration and effect as the first to ninth embodiments. The fuel cell system includes a fuel cell stack 100 having a cathode 101 to which a cathode fluid is supplied and an anode 102 to which an anode fluid is supplied, a cathode fluid passage 201 for supplying the cathode fluid to the cathode 101, and an anode fluid as the anode. An anode fluid passage 204 for discharging the cathode off fluid from the cathode 101, and an anode off fluid passage 205 for discharging the anode off fluid from the anode 102. The cathode fluid passage 201 has a first on-off valve 301. The cathode off fluid passage 202 has a second on-off valve 302. The anode fluid passage 204 has a third on-off valve 303. The anode off fluid passage 205 has a fourth on-off valve 304.

ガス状のカソード流体（空気等）がカソード１０１に供給されると共に、アノード流体がアノード１０２に供給されると、スタック１００が発電運転する。カソード流体通路２０１は、ガス状のカソード流体を燃料電池のスタック１００のカソード１０１に搬送する流体搬送要素を構成するターボ圧縮機１で形成されている。前述したように、ターボ圧縮機１の軸受は長寿命化が図られているため、燃料電池システムの長寿命化に貢献できる。ターボ圧縮機１はオイルレスタイプであるため、潤滑オイルが羽根４２側に吸引されることが抑制される。故に、潤滑オイルが吐出通路３３を介してスタック１００側に供給されることが抑制される。スタック１００の長寿命化にも貢献できる。   When the gaseous cathode fluid (air or the like) is supplied to the cathode 101 and the anode fluid is supplied to the anode 102, the stack 100 starts a power generation operation. The cathode fluid passage 201 is formed by a turbo compressor 1 that constitutes a fluid conveying element that conveys a gaseous cathode fluid to the cathode 101 of the stack 100 of the fuel cell. As described above, since the bearing of the turbo compressor 1 has a long life, it can contribute to a long life of the fuel cell system. Since the turbo compressor 1 is an oilless type, the lubricating oil is prevented from being sucked to the blade 42 side. Therefore, supply of the lubricating oil to the stack 100 side through the discharge passage 33 is suppressed. This also contributes to extending the life of the stack 100.

図１１に示すように、スタック１００は、スタック１００を冷却させる冷却通路１０５をもつ。冷却通路１０５は、冷媒往路１０７と冷媒復路１０８と連通する。冷媒往路１０７は流量調整弁３０５をもつ。冷媒復路１０８は流量調整弁３０５をもつ。流量調整弁３０５および流量調整弁３０６が開弁すると共に、ポンプ３０７が駆動すると、冷却水等の冷却液に代表される冷媒が冷媒往路１０７、スタック１００の冷却通路１０５、冷媒復路１０８の順に流れ、更に、ターボ圧縮機１の冷媒室２７０に流れ、ターボ圧縮機１を冷却させることができる。なお、ターボ圧縮機１の冷媒室２７０を流した冷媒をスタック１００の冷却通路１０５に流すことにしても良い。   As shown in FIG. 11, the stack 100 has a cooling passage 105 that cools the stack 100. The cooling passage 105 communicates with the refrigerant forward path 107 and the refrigerant return path 108. The refrigerant forward path 107 has a flow rate adjustment valve 305. The refrigerant return path 108 has a flow rate adjustment valve 305. When the flow rate adjusting valve 305 and the flow rate adjusting valve 306 are opened and the pump 307 is driven, a refrigerant typified by a cooling liquid such as cooling water flows in the order of the refrigerant forward path 107, the cooling path 105 of the stack 100, and the refrigerant return path 108. Furthermore, it can flow into the refrigerant chamber 270 of the turbo compressor 1 to cool the turbo compressor 1. Note that the refrigerant that has flowed through the refrigerant chamber 270 of the turbo compressor 1 may flow into the cooling passage 105 of the stack 100.

（他の実施形態）
・上記した動圧型の気体軸受６は、軸受６１、軸受６２、軸受６５の全部が動圧型の気体軸受とされているが、これに限らず、軸受６１、軸受６２、軸受６５のうちの少なくとも一つまたは２つが動圧型の軸受であり、残りが静圧型の軸受、あるいは、通常の接触型のベアリング軸受、すべり軸受とすることもできる。例えば、軸受６１、軸受６２が動圧型であるものの、軸受６５は静圧型の軸受、あるいは、通常の接触型のベアリング軸受、すべり軸受とすることもできる。軸受６１、軸受６２、軸受６５は共通の作動室２０に収容されているが、軸受６１、軸受６２、軸受６５は、個別の作動室に収容されていても良い。 (Other embodiments)
In the above-described dynamic pressure type gas bearing 6, all of the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 are dynamic pressure type gas bearings, but not limited thereto, at least of the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65. One or two of them may be a dynamic pressure type bearing, and the rest may be a static pressure type bearing, or a normal contact type bearing or a slide bearing. For example, although the bearing 61 and the bearing 62 are dynamic pressure type, the bearing 65 may be a static pressure type bearing, or a normal contact type bearing bearing or a sliding bearing. Although the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 are accommodated in the common working chamber 20, the bearing 61, the bearing 62, and the bearing 65 may be accommodated in separate working chambers.

仕切部材３７にはシール部３８が設けられているものの、作動室２０の気体の密閉性がある程度確保できる限り、シール部３８を廃止し、仕切部材３７のみとしても良い。回転羽根４２は遠心翼に限定されず、他の翼構造でも良い。作動室２０の気体、蓄圧室７０の気体は空気に限らず、空調用冷媒ガス、窒素ガス、アルゴンガスでも良い。冷却器３５は必要に応じて設けるものであり、廃止されていても良い。シャフト４は横方向に沿っているが、縦方向に沿っていても、斜め方向に沿っていても良い。羽根４２は遠心翼に限定されず、何でも良い。図１２に示すように、シャフト４の一部に形成された径大な鍔部６５ｃおよび／またはスラスト軸受盤６５ａに動圧発生用のステップ溝を形成しても良い。   Although the partition member 37 is provided with the seal portion 38, the seal portion 38 may be eliminated and only the partition member 37 may be used as long as the gas sealability of the working chamber 20 can be secured to some extent. The rotary blade 42 is not limited to the centrifugal blade, and may have another blade structure. The gas in the working chamber 20 and the gas in the pressure accumulating chamber 70 are not limited to air, and may be air conditioning refrigerant gas, nitrogen gas, or argon gas. The cooler 35 is provided as necessary and may be abolished. The shaft 4 is along the horizontal direction, but may be along the vertical direction or along the oblique direction. The blades 42 are not limited to centrifugal blades and may be anything. As shown in FIG. 12, a step groove for generating dynamic pressure may be formed in the large flange portion 65c and / or the thrust bearing disc 65a formed in a part of the shaft 4.

各実施形態特有の構造または機能を他の実施形態に適用しても良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。ある実施形態に特有の構造および機能は他の実施形態についても適用できる。上記した記載から次の技術的思想も把握される。
［付記項１］作動室と前記作動室に連通する気体導入口とを有するケースと、ケースの作動室において回転可能に設けられ永久磁石をもつロータをもつシャフトと、ケースの作動室に設けられたステータと、ステータに巻回され回転磁界を発生させる巻線部と、ケースの作動室に設けられシャフトを回転可能に支持する動圧浮力を発生させる動圧型の気体軸受と、ケースの気体導入口に繋がり且つ気体導入口からケースの作動室に気体を導入させて作動室の圧力を増圧し、増圧に伴い気体軸受の動圧浮力を高める気体導入部とを具備していることを特徴とする圧縮機等の送風装置。気体軸受の長寿命化を図り得る。
［付記項２］作動室と作動室に連通する気体導入口とを有するケースと、ケースの作動室において回転可能に設けられシャフトと、シャフトを回転させるための駆動部と、前記ケースの前記作動室に設けられシャフトを回転可能に支持する動圧浮力を発生させる動圧型の気体軸受と、ケースの気体導入口に繋がり且つ気体導入口からケースの作動室に前記気体を導入させて作動室の圧力を増圧し、増圧に伴い気体軸受の動圧浮力を高める気体導入部とを具備していることを特徴とする発電機。気体軸受の長寿命化を図り得る。
［付記項３］作動室と前記作動室に連通する気体導入口とを有するケースと、前記ケースの前記作動室において回転可能に設けられたシャフトと、前記ケースにまたは前記ケースと分離して設けられ前記シャフトを回転させるための駆動部と、前記ケースの前記作動室に設けられ前記シャフトを回転可能に支持する動圧浮力を発生させるための動圧型の気体軸受と、前記ケースの前記気体導入口に繋がり且つ前記気体導入口から前記ケースの前記作動室に前記気体を導入させ、導入に伴い前記作動室の気体の密度を高めて前記気体軸受の前記動圧浮力を高める密度増加装置とを具備していることを特徴とする回転シャフト装置。 The structure or function specific to each embodiment may be applied to other embodiments. In addition, the present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the invention. Structures and functions specific to one embodiment can be applied to other embodiments. The following technical idea can also be grasped from the above description.
[Additional Item 1] A case having a working chamber and a gas introduction port communicating with the working chamber, a shaft having a rotor having a permanent magnet rotatably provided in the working chamber of the case, and a working chamber of the case Stator, a winding portion wound around the stator to generate a rotating magnetic field, a dynamic pressure type gas bearing provided in a working chamber of the case to generate a dynamic pressure buoyancy for rotatably supporting the shaft, and gas introduction to the case A gas introduction part connected to the opening and introducing a gas from the gas introduction port into the working chamber of the case to increase the pressure of the working chamber and to increase the dynamic pressure buoyancy of the gas bearing as the pressure increases. A blower such as a compressor. The life of the gas bearing can be extended.
[Additional Item 2] A case having a working chamber and a gas introduction port communicating with the working chamber, a shaft rotatably provided in the working chamber of the case, a driving unit for rotating the shaft, and the operation of the case A dynamic pressure type gas bearing that generates a dynamic pressure buoyancy that is provided in the chamber and rotatably supports the shaft, and is connected to the gas inlet of the case, and the gas is introduced from the gas inlet to the working chamber of the case. A generator comprising: a gas introduction portion that increases pressure and increases dynamic pressure buoyancy of the gas bearing with the increase in pressure. The life of the gas bearing can be extended.
[Additional Item 3] A case having a working chamber and a gas introduction port communicating with the working chamber, a shaft provided rotatably in the working chamber of the case, and provided in the case or separately from the case A drive unit for rotating the shaft, a dynamic pressure type gas bearing provided in the working chamber of the case for generating a dynamic pressure buoyancy for rotatably supporting the shaft, and the gas introduction of the case A density increasing device connected to a mouth and introducing the gas from the gas inlet into the working chamber of the case, and increasing the gas density in the working chamber with the introduction to increase the dynamic pressure buoyancy of the gas bearing; A rotary shaft device comprising the rotary shaft device.

本発明はターボ圧縮機等の圧縮機、発電機等のシャフト装置に利用することができる。   The present invention can be used for a compressor such as a turbo compressor and a shaft device such as a generator.

実施形態１に係り、回転シャフト装置を備えるシステム図である。1 is a system diagram related to Embodiment 1 and including a rotary shaft device. FIG. 実施形態１に係り、ラジアル軸受の要部を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a main part of the radial bearing according to the first embodiment. 実施形態１に係り、スラスト軸受の要部を示す端面図である。FIG. 3 is an end view showing a main part of the thrust bearing according to the first embodiment. 実施形態５に係り、回転シャフト装置を備えるシステム図である。FIG. 10 is a system diagram according to Embodiment 5 and including a rotary shaft device. 実施形態６に係り、回転シャフト装置を備えるシステム図である。FIG. 10 is a system diagram related to Embodiment 6 and including a rotary shaft device. 実施形態７に係り、回転シャフト装置を備えるシステム図である。FIG. 10 is a system diagram according to Embodiment 7 and including a rotary shaft device. 実施形態８に係り、回転シャフト装置を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a rotary shaft device according to an eighth embodiment. 実施形態９に係り、回転シャフト装置を示す断面図である。It is sectional drawing which concerns on Embodiment 9 and shows a rotating shaft apparatus. 実施形態１０に係り、回転シャフト装置を備えるシステム図である。FIG. 12 is a system diagram related to Embodiment 10 and including a rotary shaft device. 実施形態１１に係り、回転シャフト装置を備えるシステム図である。FIG. 20 is a system diagram according to Embodiment 11 and including a rotary shaft device. 実施形態１２に係り、回転シャフト装置を備える燃料電池システム図である。FIG. 16 is a fuel cell system diagram according to Embodiment 12 and including a rotating shaft device. 他の形態に係り、動圧発生用のステップ溝を形成した状態を示す構成図である。It is a block diagram which shows the state which concerns on the other form and formed the step groove | channel for dynamic pressure generation.

符号の説明Explanation of symbols

１はターボ圧縮機（回転シャフト装置）、１Ｅは発電機（回転シャフト装置）、２はケース、２０は作動室、２１は気体導入口、３０は開口、３１はスクロール室、３３は吐出通路、４はシャフト、４０はロータ、３４は流体通路、３５は冷却器、３７は仕切部材、３８はシール部、４２は回転羽根、５は回転磁界発生部（駆動部）、５０はステータ、５２は巻線部、６は気体軸受、６１は第１ラジアル軸受、６２は第２ラジアル軸受、６５はスラスト軸受、７は気体導入部、７０は蓄圧室、７１は蓄圧タンク、７２は供給通路、７３は調圧弁、７４は蓄圧通路、７０ｐは可動体、７０ｍはアクチュエータ、７６は蓄圧弁、７７は導出通路、７８は導出弁、８は気体利用機器、９０はエンジン（機械的回転力発生部）、９１は駆動軸を示す。   1 is a turbo compressor (rotary shaft device), 1E is a generator (rotary shaft device), 2 is a case, 20 is a working chamber, 21 is a gas inlet, 30 is an opening, 31 is a scroll chamber, 33 is a discharge passage, 4 is a shaft, 40 is a rotor, 34 is a fluid passage, 35 is a cooler, 37 is a partition member, 38 is a seal portion, 42 is a rotating blade, 5 is a rotating magnetic field generator (drive portion), 50 is a stator, and 52 is Winding part, 6 is a gas bearing, 61 is a first radial bearing, 62 is a second radial bearing, 65 is a thrust bearing, 7 is a gas introduction part, 70 is a pressure accumulating chamber, 71 is a pressure accumulating tank, 72 is a supply passage, 73 Is a pressure regulating valve, 74 is a pressure accumulation passage, 70p is a movable body, 70m is an actuator, 76 is a pressure accumulation valve, 77 is a discharge passage, 78 is a discharge valve, 8 is a gas utilization device, 90 is an engine (mechanical rotational force generating unit) 91 denote drive shafts.

Claims (12)

作動室と前記作動室に連通する気体導入口とを有するケースと、
前記ケースの前記作動室において回転可能に設けられたシャフトと、
前記ケースにまたは前記ケースと分離して設けられ前記シャフトを回転させるための駆動部と、
前記ケースの前記作動室に設けられ前記シャフトを回転可能に支持する動圧浮力を発生させるための動圧型の気体軸受と、
前記ケースの前記気体導入口に繋がり且つ前記気体導入口から前記ケースの前記作動室に前記気体を導入させ、導入に伴い前記作動室の前記気体の密度を高めて前記気体軸受の前記動圧浮力を高める気体導入部とを具備していることを特徴とする回転シャフト装置。 A case having a working chamber and a gas inlet communicating with the working chamber;
A shaft rotatably provided in the working chamber of the case;
A drive unit for rotating the shaft provided in the case or separately from the case;
A dynamic pressure type gas bearing for generating a dynamic pressure buoyancy provided in the working chamber of the case to rotatably support the shaft;
The dynamic pressure buoyancy of the gas bearing is connected to the gas inlet of the case and introduced from the gas inlet to the working chamber of the case, and the density of the gas in the working chamber is increased with the introduction. A rotary shaft device comprising: a gas introducing portion for enhancing the pressure. 請求項１において、前記気体導入部は、前記気体の圧力を蓄圧する蓄圧室と、前記蓄圧室と前記作動室とを連通させ且つ前記蓄圧室に蓄圧された前記気体を前記作動室に供給するための供給通路とを備えていることを特徴とする回転シャフト装置。   2. The gas introduction unit according to claim 1, wherein the pressure accumulation chamber that accumulates the pressure of the gas, the pressure accumulation chamber, and the working chamber communicate with each other, and the gas accumulated in the pressure accumulation chamber is supplied to the working chamber. And a supply shaft for the rotation shaft device. 請求項１または２において、前記ケースは、前記シャフトの回転に伴い高圧化された前記気体を吐出させる吐出通路を備えており、前記吐出通路は前記蓄圧室に連通していることを特徴とする回転シャフト装置。   3. The case according to claim 1, wherein the case includes a discharge passage that discharges the gas that has been increased in pressure as the shaft rotates, and the discharge passage communicates with the pressure accumulation chamber. Rotating shaft device. 請求項１において、前記気体導入部は、前記気体を収容するための蓄圧室と、前記蓄圧室の容積を小さくすることにより前記蓄圧室の圧力を増圧させるための可動体とを備えており、前記蓄圧室の前記気体を前記作動室に導入するとき、あるいは、前記蓄圧室の前記気体を前記作動室に導入させるのに支障をきたすように前記蓄圧室の圧力が所定圧力よりも低下するとき、前記蓄圧室の容積が小さくなる方向に前記可動体を移動させることを特徴とする回転シャフト装置。   In Claim 1, the said gas introducing | transducing part is provided with the pressure accumulation chamber for accommodating the said gas, and the movable body for increasing the pressure of the said pressure accumulation chamber by making the volume of the said pressure accumulation chamber small. When the gas in the pressure accumulating chamber is introduced into the working chamber, or the pressure in the pressure accumulating chamber falls below a predetermined pressure so as to hinder the introduction of the gas in the pressure accumulating chamber into the working chamber. The rotary shaft device is characterized in that the movable body is moved in a direction in which the volume of the pressure accumulating chamber decreases. 請求項１〜４のうちの一項において、前記シャフトが停止しているとき、回転している前記シャフトを停止させるとき、回転している前記シャフトの回転速度が第１設定値以下に減速されるときのうちの少なくとも一つにおいて、前記気体導入部は、前記ケースの前記気体導入口から前記作動室内に前記気体を導入することを特徴とする回転シャフト装置。   5. The rotation speed of the rotating shaft according to claim 1, wherein when the shaft is stopped, when the rotating shaft is stopped, the rotating speed of the rotating shaft is reduced to a first set value or less. In at least one of the above, the gas introduction part introduces the gas into the working chamber from the gas introduction port of the case. 請求項１〜５のうちの一項において、前記ロータの回転速度が第２設定値以上のとき、前記気体導入部は、前記作動室の前記気体を前記作動室の外方へ導出させ、導出前よりも前記作動室の前記気体の圧力を低下させることを特徴とする回転シャフト装置。   6. The gas introduction unit according to claim 1, wherein when the rotational speed of the rotor is equal to or higher than a second set value, the gas introduction unit guides the gas in the working chamber to the outside of the working chamber. A rotary shaft device that reduces the pressure of the gas in the working chamber than before. 請求項１〜６のうちの一項において、前記シャフトは、前記シャフトに設けられ前記シャフトよりも外径が大きなロータ本体と、前記シャフトに設けられた回転羽根とを備えており、前記回転羽根と前記ケースの前記作動室とを仕切る仕切部材が設けられていることを特徴とする回転シャフト装置。   7. The shaft according to claim 1, wherein the shaft includes a rotor body that is provided on the shaft and has a larger outer diameter than the shaft, and a rotary blade provided on the shaft. A rotating shaft device is provided, wherein a partition member is provided to partition the working chamber of the case. 請求項７において、前記仕切部材は、前記回転羽根と前記作動室とを分離させるシール部を備えていることを特徴とする回転シャフト装置。   The rotary shaft device according to claim 7, wherein the partition member includes a seal portion that separates the rotary blade and the working chamber. 請求項１〜８のうちの一項において、前記駆動部は、前記シャフトを回転させる回転磁界を発生させるための回転磁界発生部、または、前記シャフトを回転させる機械的回転力を発生させるための機械的回転力発生部であることを特徴とする回転シャフト装置。   9. The driving unit according to claim 1, wherein the driving unit generates a rotating magnetic field generating unit that generates a rotating magnetic field that rotates the shaft, or generates a mechanical rotating force that rotates the shaft. 10. A rotary shaft device characterized by being a mechanical rotational force generator. 請求項１〜９のうちの一項において、前記動圧型の気体軸受は、前記シャフトのラジアル方向の軸受作用を行うラジアル軸受、および／または、前記シャフトのスラスト方向の軸受作用を行うスラスト軸受であることを特徴とする回転シャフト装置。   The dynamic pressure type gas bearing according to any one of claims 1 to 9, wherein the dynamic pressure type gas bearing is a radial bearing that performs a bearing operation in a radial direction of the shaft and / or a thrust bearing that performs a bearing operation in a thrust direction of the shaft. There is a rotating shaft device. 請求項１〜１０のうちの一項において、前記ケースと前記蓄圧室とは一体的に形成されていることを特徴とする回転シャフト装置。   The rotary shaft device according to claim 1, wherein the case and the pressure accumulating chamber are integrally formed. カソード流体が供給されるカソードとアノード流体が供給されるアノードとを有する燃料電池と、前記カソード流体を前記カソードに供給するカソード流体通路と、前記アノード流体を前記アノードに供給するアノード流体通路とを具備する燃料電池システムにおいて、
前記カソード流体通路および前記アノード流体通路のうちの少なくとも一方は、前記カソード流体または前記アノード流体を前記燃料電池に搬送する流体搬送要素をもち、
前記流体搬送要素は、
前記作動室と前記作動室に連通する気体導入口とを有するケースと、
前記ケースの前記作動室において回転可能に設けられたシャフトと、
前記ケースにまたは前記ケースと分離して設けられ前記シャフトを回転させるための駆動部と、
前記ケースの前記作動室に設けられ前記シャフトを回転可能に支持する動圧浮力を発生させるための動圧型の気体軸受と、
前記ケースの前記気体導入口に繋がり且つ前記気体導入口から前記ケースの前記作動室に前記気体を導入させて、導入に伴い前記作動室の気体の密度を高めて前記動圧型の気体軸受の動圧浮力を高める気体導入部とを具備していることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell having a cathode to which a cathode fluid is supplied and an anode to which an anode fluid is supplied; a cathode fluid passage for supplying the cathode fluid to the cathode; and an anode fluid passage for supplying the anode fluid to the anode In the fuel cell system provided,
At least one of the cathode fluid passage and the anode fluid passage has a fluid carrying element that carries the cathode fluid or the anode fluid to the fuel cell;
The fluid conveying element is
A case having the working chamber and a gas inlet communicating with the working chamber;
A shaft rotatably provided in the working chamber of the case;
A drive unit for rotating the shaft provided in the case or separately from the case;
A dynamic pressure type gas bearing for generating a dynamic pressure buoyancy provided in the working chamber of the case to rotatably support the shaft;
The gas is introduced into the working chamber of the case from the gas inlet and connected to the gas inlet of the case, and the density of the gas in the working chamber is increased along with the introduction, and the dynamic pressure type gas bearing is operated. A fuel cell system comprising: a gas introduction part for increasing pressure buoyancy.
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