JP2023061141A - 遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心圧縮機の小型化を図ること。
【解決手段】空気流路６０の空気軸路６１が、第１冷却軸路５２と第２冷却軸路５３との間に位置し、且つ第１プレート１５及び第２プレート１６それぞれに向けて回転軸の軸方向に延びている。よって、モータ冷却流路５０を迂回しながら空気流路６０を第１プレート１５及び第２プレート１６それぞれに向けて延ばす必要が無い。さらに、熱交換器が、第１ポート、第２ポート及び第３ポートが、回転軸の径方向外方で、第１冷却軸路５２、第２冷却軸路５３及び空気軸路６１それぞれと重なるようにモータハウジング１２に取り付けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、遠心圧縮機に関する。

遠心圧縮機は、回転軸と、電動モータと、コンプレッサインペラと、ハウジングと、を備えている。電動モータは、回転軸を駆動する。コンプレッサインペラは、回転軸と一体的に回転することによって流体を圧縮する。ハウジングは、電動モータを収容するモータ室を有している。また、遠心圧縮機は、第１空気軸受及び第２空気軸受を備えている。第１空気軸受及び第２空気軸受は、モータ室内に配置されている。そして、第１空気軸受及び第２空気軸受は、電動モータを回転軸の軸方向で挟んだ両側の位置で回転軸を回転可能に支持する。ハウジングは、電動モータを取り囲む周壁と、周壁の一方の開口を閉塞する第１端壁と、周壁の他方の開口を閉塞する第２端壁と、を有している。そして、周壁、第１端壁、及び第２端壁によってモータ室が区画されている。さらに、例えば、第１端壁は、第１空気軸受を保持しており、第２端壁は、第２空気軸受を保持している。

ここで、例えば特許文献１に開示されているように、遠心圧縮機は、電動モータを冷却するための冷却流体が流れるモータ冷却流路を備えている場合がある。モータ冷却流路は、回転軸の軸方向に延び、且つ周壁の周方向に間隔を置いて配列される複数の冷却軸路を有している。そして、モータ冷却流路は、周壁の周方向で隣り合う冷却軸路同士を連結するようにハウジングに形成されている。これによれば、モータ冷却流路を周壁の周方向へ効率良く延ばすことができる。したがって、周壁に取り囲まれている電動モータが、モータ冷却流路を流れる冷却流体によって効率良く冷却される。

ところで、遠心圧縮機においては、回転軸が高速回転するため、第１空気軸受及び第２空気軸受それぞれに熱が生じ易い。そこで、第１空気軸受及び第２空気軸受を冷却するための冷却空気を第１空気軸受及び第２空気軸受それぞれに供給する空気流路を備えた遠心圧縮機が、例えば特許文献２に開示されている。このような遠心圧縮機においては、冷却空気と冷却流体とを熱交換させることによって冷却空気を冷却する熱交換器を備えている。そして、熱交換器において冷却された冷却空気が、空気流路を介して第１空気軸受及び第２空気軸受それぞれに供給されることにより、第１空気軸受及び第２空気軸受が効率良く冷却される。

韓国公開特許第１０－２０１７－００８８５８８号公報 国際公開第ＷＯ２０１９／０８７８６９号

ところで、空気流路においては、第１端壁における第１空気軸受を保持する部分、及び第２端壁における第２空気軸受を保持する部分それぞれに向けて冷却空気を効率良く流す構造が求められる。したがって、空気流路が第１端壁及び第２端壁それぞれに向けて延びるように、空気流路をハウジングに形成する必要がある。

ここで、特許文献１のように、モータ冷却流路が、周壁の周方向で隣り合う軸路同士を連結するようにハウジングに形成されている場合を考える。この場合、空気流路がモータ冷却流路に干渉してしまうことを回避しつつも、第１端壁及び第２端壁それぞれに向けて延びるように空気流路をハウジングに形成する必要がある。したがって、モータ冷却流路を迂回しながら空気流路を第１端壁及び第２端壁それぞれに向けて延ばす必要があるため、その分、遠心圧縮機が大型化してしまう虞がある。

上記課題を解決する遠心圧縮機は、回転軸と、前記回転軸を駆動する電動モータと、前記回転軸と一体的に回転することによって流体を圧縮するコンプレッサインペラと、前記電動モータを収容するモータ室を有するハウジングと、前記電動モータを前記回転軸の軸方向で挟んだ両側の位置で前記回転軸を回転可能に支持する第１空気軸受及び第２空気軸受と、前記電動モータを冷却するための冷却流体が流れるモータ冷却流路と、前記第１空気軸受及び前記第２空気軸受を冷却するための冷却空気を前記第１空気軸受及び前記第２空気軸受それぞれに供給する空気流路と、前記冷却空気と前記冷却流体とを熱交換させることによって前記冷却空気を冷却する熱交換器と、を備え、前記ハウジングは、前記電動モータを取り囲む周壁と、前記周壁の一方の開口を閉塞し、前記第１空気軸受を保持する第１端壁と、前記周壁の他方の開口を閉塞し、前記第２空気軸受を保持する第２端壁と、を有し、前記周壁、前記第１端壁、及び前記第２端壁によって前記モータ室が区画されており、前記モータ冷却流路は、前記回転軸の軸方向に延び、且つ前記周壁の周方向に間隔を置いて配列される複数の冷却軸路を有するとともに前記周壁の周方向で隣り合う冷却軸路同士を連結するように前記ハウジングに形成されている遠心圧縮機であって、前記複数の冷却軸路は、前記熱交換器に前記冷却流体を供給する第１冷却軸路と、前記熱交換器から前記冷却流体が排出される第２冷却軸路と、を有し、前記空気流路は、前記ハウジングに形成され、前記第１冷却軸路と前記第２冷却軸路との間に位置し、且つ前記第１端壁及び前記第２端壁それぞれに向けて前記回転軸の軸方向に延びる空気軸路と、前記空気軸路と連通するとともに、前記第１空気軸受及び前記第２空気軸受に前記冷却空気を供給する空気径路と、を有し、前記熱交換器は、前記第１冷却軸路に連通する第１ポートと、前記第２冷却軸路に連通する第２ポートと、前記空気軸路に連通する第３ポートと、を有するとともに、前記第１ポート、前記第２ポート及び前記第３ポートが、前記回転軸の径方向外方で、前記第１冷却軸路、前記第２冷却軸路及び前記空気軸路それぞれと重なるように前記ハウジングに取り付けられている。

これによれば、空気流路の空気軸路が、第１冷却軸路と第２冷却軸路との間に位置し、且つ第１端壁及び第２端壁それぞれに向けて回転軸の軸方向に延びている。したがって、モータ冷却流路を迂回しながら空気流路を第１端壁及び第２端壁それぞれに向けて延ばす必要が無いため、遠心圧縮機の小型化を図ることができる。そして、空気軸路を流れた冷却空気が、空気径路を介して第１空気軸受及び第２空気軸受に供給されるため、第１空気軸受及び第２空気軸受が冷却空気によって効率良く冷却される。さらに、熱交換器が、第１ポート、第２ポート及び第３ポートが、回転軸の径方向外方で、第１冷却軸路、第２冷却軸路及び空気軸路それぞれと重なるようにハウジングに取り付けられている。以上により、遠心圧縮機の小型化を図ることができる。

上記遠心圧縮機において、前記モータ冷却流路は、前記第１冷却軸路から前記冷却流体が排出される冷却流体排出流路と、前記第２冷却軸路に前記冷却流体を供給する冷却流体供給流路と、を有し、前記空気流路は、前記空気軸路に前記冷却空気を供給する空気供給流路を有し、前記周壁の外周面の一部は、前記熱交換器が取り付けられる取付面であり、前記取付面には、前記冷却流体供給流路、前記冷却流体排出流路、及び前記空気供給流路が開口しており、前記熱交換器は、前記取付面に取り付けられる被取付面を有し、前記被取付面には、前記冷却流体排出流路に連通する前記第１ポートと、前記冷却流体供給流路に連通する前記第２ポートと、前記空気供給流路に連通する前記第３ポートと、が開口しているとよい。

これによれば、冷却流体供給流路、冷却流体排出流路、及び空気供給流路それぞれの流路長を極力短くすることができる。したがって、遠心圧縮機の小型化をさらに図ることができる。

上記遠心圧縮機において、前記熱交換器を通過する冷却空気は、前記コンプレッサインペラによって圧縮された空気の一部であり、前記ハウジングには、前記コンプレッサインペラによって圧縮された空気の一部が分岐して流れるとともに前記取付面に開口する空気分岐流路が形成されており、前記被取付面には、前記空気分岐流路に連通する第４ポートがさらに開口しているとよい。

これによれば、コンプレッサインペラによって圧縮された空気の一部を、第１空気軸受及び第２空気軸受を冷却するための冷却空気として利用することができる。したがって、コンプレッサインペラによって圧縮された空気とは別の空気を、第１空気軸受及び第２空気軸受を冷却するための冷却空気として、空気流路を介して第１空気軸受及び第２空気軸受それぞれに供給する必要が無い。その結果、第１空気軸受及び第２空気軸受を冷却するための構成を簡素化することができる。また、ハウジングには、取付面に開口するとともにコンプレッサインペラによって圧縮された空気の一部が分岐して流れる空気分岐流路が形成されている。そして、被取付面には、空気分岐流路に連通する第４ポートがさらに開口している。これによれば、空気分岐流路の流路長を極力短くすることができるため、遠心圧縮機の小型化をさらに図ることができる。

この発明によれば、遠心圧縮機の小型化を図ることができる。

実施形態における遠心圧縮機を説明するための側断面図である。 モータハウジング、熱交換器、及び第２ラジエータの関係を模式的に示す分解斜視図である。 モータ冷却流路及び空気流路をモデル化して示す模式図である。 熱交換器の正面図である。 別の実施形態における遠心圧縮機を説明するための側断面図である。 熱交換器の正面図である。

以下、遠心圧縮機を具体化した一実施形態を図１～図４にしたがって説明する。本実施形態の遠心圧縮機は、燃料電池車に搭載されている。
（遠心圧縮機１０の全体構成）
図１に示すように、遠心圧縮機１０は、ハウジング１１を備えている。ハウジング１１は、金属材料製であり、例えば、アルミニウム製である。ハウジング１１は、モータハウジング１２、コンプレッサハウジング１３、タービンハウジング１４、第１プレート１５、第２プレート１６、及び第３プレート１７を有している。

モータハウジング１２は、筒状に延びている。第１プレート１５は、モータハウジング１２の一方の開口側の端部に連結されている。第１プレート１５は、モータハウジング１２の一方の開口を閉塞している。第２プレート１６は、モータハウジング１２の他方の開口側の端部に連結されている、第２プレート１６は、モータハウジング１２の他方の開口を閉塞している。

そして、モータハウジング１２、第１プレート１５，及び第２プレート１６によってモータ室Ｓ１が区画されている。モータ室Ｓ１は、電動モータ１８を収容する。したがって、ハウジング１１は、モータ室Ｓ１を有している。モータハウジング１２は、電動モータ１８を取り囲む周壁である。そして、第１プレート１５は、モータハウジング１２の一方の開口を閉塞する第１端壁である。第２プレート１６は、モータハウジング１２の他方の開口を閉塞する第２端壁である。

第１プレート１５は、第１軸受保持部２０を有している。第１軸受保持部２０は、第１プレート１５の中央部から電動モータ１８に向けて突出している。第１軸受保持部２０は、円筒状である。

第１プレート１５におけるモータハウジング１２とは反対側の端面には、室形成凹部１５ａが形成されている。室形成凹部１５ａは、円孔状である。第１軸受保持部２０の内側は、第１プレート１５を貫通して室形成凹部１５ａの底面に開口している。室形成凹部１５ａの軸心と第１軸受保持部２０の軸心とは一致している。

第２プレート１６は、第２軸受保持部２２を有している。第２軸受保持部２２は、第２プレート１６の中央部から電動モータ１８に向けて突出している。第２軸受保持部２２は、円筒状である。

第２プレート１６の中央部にはシャフト挿通孔１６ａが形成されている。シャフト挿通孔１６ａは、第２軸受保持部２２の内側に連通している。シャフト挿通孔１６ａの軸心は、第２軸受保持部２２の軸心と一致している。

第３プレート１７は、第１プレート１５におけるモータハウジング１２とは反対側の端面に連結されている。第３プレート１７の中央部にはシャフト挿通孔１７ａが形成されている。シャフト挿通孔１７ａは、室形成凹部１５ａの内側に連通している。シャフト挿通孔１７ａの軸心は、室形成凹部１５ａの軸心及び第１軸受保持部２０の軸心と一致している。そして、第３プレート１７と第１プレート１５の室形成凹部１５ａとによって、スラスト軸受収容室Ｓ２が区画されている。スラスト軸受収容室Ｓ２は、第１軸受保持部２０の内側に連通している。また、スラスト軸受収容室Ｓ２は、シャフト挿通孔１７ａに連通している。

コンプレッサハウジング１３は、空気が吸入される円孔状の吸入口１３ａを有する筒状である。コンプレッサハウジング１３は、吸入口１３ａの軸心が、第３プレート１７のシャフト挿通孔１７ａの軸心、及び第１軸受保持部２０の軸心と一致した状態で第３プレート１７における第１プレート１５とは反対側の端面１７ｂに連結されている。吸入口１３ａは、コンプレッサハウジング１３における第３プレート１７とは反対側の端面に開口している。

コンプレッサハウジング１３と第３プレート１７の端面１７ｂとの間には、第１羽根車室１３ｂと、吐出室１３ｃと、第１ディフューザ流路１３ｄと、が形成されている。第１羽根車室１３ｂは、吸入口１３ａに連通している。吐出室１３ｃは、第１羽根車室１３ｂの周囲で吸入口１３ａの軸心周りに延びている。第１ディフューザ流路１３ｄは、第１羽根車室１３ｂと吐出室１３ｃとを連通している。第１羽根車室１３ｂは、第３プレート１７のシャフト挿通孔１７ａに連通している。また、コンプレッサハウジング１３は、吐出室１３ｃに連通する吐出通路１３ｅを有している。

タービンハウジング１４は、空気が吐出される円孔状の吐出口１４ａを有する筒状である。タービンハウジング１４は、吐出口１４ａの軸心が、第２プレート１６のシャフト挿通孔１６ａの軸心、及び第２軸受保持部２２の軸心と一致した状態で第２プレート１６におけるモータハウジング１２とは反対側の端面１６ｂに連結されている。吐出口１４ａは、タービンハウジング１４における第２プレート１６とは反対側の端面に開口している。

タービンハウジング１４と第２プレート１６の端面１６ｂとの間には、第２羽根車室１４ｂと、吸入室１４ｃと、第２ディフューザ流路１４ｄと、が形成されている。第２羽根車室１４ｂは、吐出口１４ａに連通している。吸入室１４ｃは、第２羽根車室１４ｂの周囲で吐出口１４ａの軸心周りに延びている。第２ディフューザ流路１４ｄは、第２羽根車室１４ｂと吸入室１４ｃとを連通している。第２羽根車室１４ｂは、シャフト挿通孔１６ａに連通している。

（回転軸２４の構成）
遠心圧縮機１０は、回転軸２４を有している。回転軸２４は、ハウジング１１内に収容されている。回転軸２４は、軸本体部２４ａと、第１支持部２４ｂと、第２支持部２４ｃと、第３支持部２４ｄと、を有している。

軸本体部２４ａの第１端部は、モータ室Ｓ１から第１軸受保持部２０の内側、スラスト軸受収容室Ｓ２、及びシャフト挿通孔１７ａを通過して、第１羽根車室１３ｂ内に突出している。軸本体部２４ａの第２端部は、モータ室Ｓ１から第２軸受保持部２２の内側、及びシャフト挿通孔１６ａを通過して、第２羽根車室１４ｂ内に突出している。よって、軸本体部２４ａは、モータハウジング１２の軸線に沿って延びた状態で、モータ室Ｓ１を横切っている。したがって、回転軸２４の軸方向は、モータハウジング１２の軸方向に一致している。

第１支持部２４ｂは、軸本体部２４ａの外周面における軸本体部２４ａの中央部よりも第１端部寄りの部位に設けられている。第１支持部２４ｂは、第１軸受保持部２０の内側に配置されている。第１支持部２４ｂは、軸本体部２４ａに一体的に形成されている。第１支持部２４ｂは、軸本体部２４ａの外周面から突出している。

第２支持部２４ｃは、軸本体部２４ａの外周面における軸本体部２４ａの中央部よりも第２端部寄りの部位に設けられている。第２支持部２４ｃは、第２軸受保持部２２の内側に配置されている。第２支持部２４ｃは、軸本体部２４ａの外周面から環状に突出した状態で、軸本体部２４ａの外周面に固定されている。第２支持部２４ｃは、軸本体部２４ａと一体的に回転可能である。

第３支持部２４ｄは、軸本体部２４ａの外周面における第１支持部２４ｂよりも第１端部寄りの部位に設けられている。第３支持部２４ｄは、スラスト軸受収容室Ｓ２に配置されている。第３支持部２４ｄは、軸本体部２４ａの外周面から環状に突出した状態で、軸本体部２４ａの外周面に固定されている。第３支持部２４ｄは、軸本体部２４ａと一体的に回転可能である。

第３プレート１７のシャフト挿通孔１７ａと回転軸２４との間には、第１シール部材２７が設けられている。第１シール部材２７は、第１羽根車室１３ｂからモータ室Ｓ１に向かう空気の洩れを抑制する。また、第２プレート１６のシャフト挿通孔１６ａと回転軸２４との間には、第２シール部材２８が設けられている。第２シール部材２８は、第２羽根車室１４ｂからモータ室Ｓ１に向かう空気の洩れを抑制する。第１シール部材２７及び第２シール部材２８は、例えば、シールリングである。

（コンプレッサインペラ２５について）
遠心圧縮機１０は、コンプレッサインペラ２５を備えている。コンプレッサインペラ２５は、軸本体部２４ａの第１端に連結されている。コンプレッサインペラ２５は、軸本体部２４ａにおける第３支持部２４ｄよりも第１端部寄りに配置されている。コンプレッサインペラ２５は、第１羽根車室１３ｂに収容されている。コンプレッサインペラ２５は、軸本体部２４ａと一体的に回転可能である。したがって、コンプレッサインペラ２５は、回転軸２４と一体的に回転する。

（タービンホイール２６について）
遠心圧縮機１０は、タービンホイール２６を備えている。タービンホイール２６は、軸本体部２４ａの第２端に連結されている。タービンホイール２６は、軸本体部２４ａにおける第２支持部２４ｃよりも第２端部寄りに配置されている。タービンホイール２６は、第２羽根車室１４ｂに収容されている。タービンホイール２６は、軸本体部２４ａと一体的に回転可能である。したがって、タービンホイール２６は、回転軸２４と一体的に回転する。

（電動モータ１８の構成）
電動モータ１８は、筒状のロータ３１及び筒状のステータ３２を備えている。ロータ３１は、軸本体部２４ａに固定されている。ステータ３２は、モータハウジング１２の内周面に固定されている。ロータ３１は、ステータ３２の径方向内側に配置されている。ロータ３１は、軸本体部２４ａと一体的に回転する。ロータ３１は、軸本体部２４ａに止着された円筒状のロータコア３１ａと、ロータコア３１ａに設けられた図示しない複数の永久磁石と、を有している。

ステータ３２は、ロータ３１を取り囲んでいる。ステータ３２は、モータハウジング１２の内周面に固定された円筒状のステータコア３３と、ステータコア３３に巻回されたコイル３４と、を有している。回転軸２４は、図示しないバッテリからコイル３４に電流が流れることによって、ロータ３１と一体的に回転する。したがって、電動モータ１８は、回転軸２４を駆動する。よって、電動モータ１８は、回転軸２４を回転させるための駆動源である。電動モータ１８は、回転軸２４の軸方向において、コンプレッサインペラ２５とタービンホイール２６との間に配置されている。

（第１空気軸受２１及び第２空気軸受２３について）
遠心圧縮機１０は、第１空気軸受２１及び第２空気軸受２３を備えている。第１空気軸受２１は円筒状である。第１空気軸受２１は、第１軸受保持部２０に保持されている。したがって、第１プレート１５は、第１空気軸受２１を保持している。第１空気軸受２１は、電動モータ１８よりも回転軸２４の第１端部寄りに位置する。第１空気軸受２１は、第１支持部２４ｂを支持する。

第１空気軸受２１は、回転軸２４の回転数が、第１空気軸受２１により回転軸２４が浮上する浮上回転数に達するまでは、第１支持部２４ｂと接触した状態で回転軸２４を支持する。そして、回転軸２４の回転数が浮上回転数に達すると、第１支持部２４ｂと第１空気軸受２１との間に生じる空気膜の動圧によって、第１支持部２４ｂが第１空気軸受２１に対して浮上する。これにより、第１空気軸受２１は、第１支持部２４ｂと非接触の状態で回転軸２４を支持する。

第２空気軸受２３は円筒状である。第２空気軸受２３は、第２軸受保持部２２に保持されている。したがって、第２プレート１６は、第２空気軸受２３を保持している。第２空気軸受２３は、電動モータ１８よりも回転軸２４の第２端部寄りに位置する。第２空気軸受２３は、第２支持部２４ｃを支持する。

第２空気軸受２３は、回転軸２４の回転数が、第２空気軸受２３により回転軸２４が浮上する浮上回転数に達するまでは、第２支持部２４ｃと接触した状態で回転軸２４を支持する。そして、回転軸２４の回転数が浮上回転数に達すると、第２支持部２４ｃと第２空気軸受２３との間に生じる空気膜の動圧によって、第２支持部２４ｃが第２空気軸受２３に対して浮上する。これにより、第２空気軸受２３は、第２支持部２４ｃと非接触の状態で回転軸２４を支持する。したがって、第１空気軸受２１及び第２空気軸受２３は、電動モータ１８を回転軸２４の軸方向で挟んだ両側の位置で回転軸２４を回転可能に支持する。

（スラスト軸受２９について）
スラスト軸受２９は、回転軸２４をスラスト方向で回転可能に支持する。なお、「スラスト方向」とは、回転軸２４の軸方向である。スラスト軸受２９は、スラスト軸受収容室Ｓ２に配置されている。スラスト軸受２９は、空気軸受である。

スラスト軸受２９は、回転軸２４の回転数が、スラスト軸受２９により回転軸２４が浮上する浮上回転数に達するまでは、第３支持部２４ｄと接触した状態で回転軸２４を支持する。そして、回転軸２４の回転数が浮上回転数に達すると、第３支持部２４ｄとスラスト軸受２９との間に生じる空気膜の動圧によって、第３支持部２４ｄがスラスト軸受２９に対して浮上する。これにより、スラスト軸受２９は、第３支持部２４ｄと非接触の状態で回転軸２４を支持する。よって、スラスト軸受２９は、回転軸２４をスラスト方向で回転可能に支持する。スラスト軸受２９は、コンプレッサインペラ２５及びタービンホイール２６との間の差圧を受ける。

（燃料電池システム４０について）
上記構成の遠心圧縮機１０は、燃料電池車に搭載された燃料電池システム４０の一部を構成している。燃料電池システム４０は、遠心圧縮機１０の他に、燃料電池スタック４１と、供給流路４２と、排出流路４３と、を備えている。燃料電池スタック４１は、複数の電池セルから構成されている。なお、説明の都合上、各電池セルの図示は省略している。供給流路４２は、吐出通路１３ｅと燃料電池スタック４１とを接続する。排出流路４３は、燃料電池スタック４１と吸入室１４ｃとを接続する。

回転軸２４がロータ３１と一体的に回転すると、コンプレッサインペラ２５及びタービンホイール２６が回転軸２４と一体的に回転する。すると、吸入口１３ａから吸入された空気が第１羽根車室１３ｂ内でコンプレッサインペラ２５によって圧縮される。したがって、コンプレッサインペラ２５は、回転軸２４と一体的に回転することによって空気を圧縮する。

第１羽根車室１３ｂ内で圧縮された空気は、第１ディフューザ流路１３ｄを通過して吐出室１３ｃから吐出される。そして、吐出室１３ｃから吐出された空気は、吐出通路１３ｅを介して供給流路４２に吐出される。供給流路４２に吐出された空気は、供給流路４２を介して燃料電池スタック４１に供給される。したがって、遠心圧縮機１０は、燃料電池スタック４１に対して空気を供給する。燃料電池スタック４１に供給された空気に含まれる酸素は、燃料電池スタック４１の発電に寄与する。

ここで、燃料電池スタック４１の発電に寄与する酸素は、空気中に２割程度しか存在しない。したがって、燃料電池スタック４１に供給された空気の８割程度は、燃料電池スタック４１の発電に寄与されることなく燃料電池スタック４１から排出ガスとして排出流路４３へ排出される。排出流路４３に排出された排出ガスは、排出流路４３を介して吸入室１４ｃに吸入される。吸入室１４ｃに吸入された排出ガスは、第２ディフューザ流路１４ｄを通じて第２羽根車室１４ｂに導入される。そして、第２羽根車室１４ｂに導入された排出ガスの運動エネルギーによりタービンホイール２６が回転する。これにより、排出ガスの運動エネルギーがタービンホイール２６の回転エネルギーに変換される。このように、タービンホイール２６で発生した回転エネルギーは、回転軸２４の回転を補助する。そして、第２羽根車室１４ｂを通過した排出ガスは、吐出口１４ａから外部へ吐出される。

（冷却水回路４５について）
燃料電池システム４０は、冷却水回路４５を備えている。冷却水回路４５は、ポンプ４６と、第１ラジエータ４７と、第２ラジエータ４８と、を有している。冷却水回路４５には、冷却水（ＬＬＣ）が循環する。ポンプ４６は、冷却水回路４５を流れる冷却水を圧送する。冷却水回路４５を流れる冷却水は、第１ラジエータ４７を通過する際に、第１ラジエータ４７を介した外気との熱交換が行われることで冷却される。

図２に示すように、モータハウジング１２は、第２ラジエータ４８が設置される設置面１２１を有している。なお、図２では、モータハウジング１２を模式的に示している。設置面１２１は、平坦面状である。第２ラジエータ４８の一面は、モータハウジング１２の設置面１２１に設置される被設置面４８１である。第２ラジエータ４８の被設置面４８１には、供給口４８ａ及び排出口４８ｂが形成されている。

（モータ冷却流路５０、空気流路６０、及び熱交換器７０について）
図１に示すように、遠心圧縮機１０は、モータ冷却流路５０、空気流路６０、及び熱交換器７０を備えている。モータ冷却流路５０は、電動モータ１８を冷却するための冷却流体である冷却水が流れる。空気流路６０は、第１空気軸受２１及び第２空気軸受２３を冷却するための冷却空気を第１空気軸受２１及び第２空気軸受２３それぞれに供給する。熱交換器７０は、冷却空気を冷却するためにハウジング１１に取り付けられている。

（モータ冷却流路５０の構成）
図２及び図３に示すように、モータ冷却流路５０は、複数の冷却軸路５１を有している。なお、図３では、モータ冷却流路５０をモデル化して示している。複数の冷却軸路５１は、モータハウジング１２の内部で回転軸２４の軸方向に延び、且つモータハウジング１２の周方向に間隔を置いて配列されている。モータ冷却流路５０は、モータハウジング１２の周方向で隣り合う冷却軸路５１同士を連結するようにハウジング１１に形成されている。

図１に示すように、具体的には、第１プレート１５におけるモータハウジング１２側の端面には、凹部１５１が形成されている。また、第２プレート１６におけるモータハウジング１２側の端面には、凹部１６１が形成されている。そして、図３に示すように、モータハウジング１２の周方向で隣り合う冷却軸路５１同士は、第１プレート１５の凹部１５１と、第２プレート１６の凹部１６１とによって順次連結されている。

複数の冷却軸路５１は、熱交換器７０に冷却水を供給する第１冷却軸路５２と、熱交換器７０から冷却水が排出される第２冷却軸路５３と、を有している。また、複数の冷却軸路５１は、第２ラジエータ４８に冷却水を供給する第３冷却軸路５４と、第２ラジエータ４８から冷却水が排出される第４冷却軸路５５と、を有している。第３冷却軸路５４と第４冷却軸路５５とは、モータハウジング１２の周方向で互いに隣り合っている。

モータ冷却流路５０は、第１接続流路５６と、第２接続流路５７と、を有している。第１接続流路５６及び第２接続流路５７は、モータハウジング１２に形成されている。第１接続流路５６の一端は、第３冷却軸路５４に連通している。第１接続流路５６の他端は、モータハウジング１２の設置面１２１に開口している。そして、第１接続流路５６の他端は、第２ラジエータ４８の供給口４８ａに連通している。第２接続流路５７の一端は、第４冷却軸路５５に連通している。第２接続流路５７の他端は、モータハウジング１２の設置面１２１に開口している。そして、第２接続流路５７の他端は、第２ラジエータ４８の排出口４８ｂに連通している。

モータ冷却流路５０は、冷却流体供給流路５８と、冷却流体排出流路５９と、を有している。冷却流体供給流路５８は、第２冷却軸路５３に連通している。そして、冷却流体供給流路５８は、第２冷却軸路５３に冷却水を供給する。冷却流体排出流路５９は、第１冷却軸路５２に連通している。そして、冷却流体排出流路５９には、第１冷却軸路５２から冷却水が排出される。

（空気流路６０の構成）
空気流路６０は、空気軸路６１を有している。なお、図３では、空気流路６０をモデル化して示している。空気軸路６１は、モータハウジング１２に形成されている。空気軸路６１は、モータハウジング１２の周方向で第１冷却軸路５２と第２冷却軸路５３との間に位置し、且つ第１プレート１５及び第２プレート１６それぞれに向けて回転軸２４の軸方向に延びている。

空気流路６０は、空気供給流路６２を有する。空気供給流路６２は、空気軸路６１に連通している。具体的には、空気供給流路６２は、空気軸路６１における軸方向の中央部よりも第２プレート１６寄りの部分に連通している。そして、空気供給流路６２は、空気軸路６１に冷却空気を供給する。

図１に示すように、空気流路６０は、空気軸路６１に連通する空気径路としての第１空気径路６３及び第２空気径路６４を有している。第１空気径路６３は、第１空気軸受２１に冷却空気を供給する。第２空気径路６４は、第２空気軸受２３に冷却空気を供給する。第１空気径路６３は、空気軸路６１の一端に接続されている。第１空気径路６３は、第１プレート１５の内部を回転軸２４の径方向に延びている。第１空気径路６３は、スラスト軸受収容室Ｓ２に連通している。そして、第１空気径路６３は、スラスト軸受収容室Ｓ２に冷却空気を供給する。

第２空気径路６４は、空気軸路６１の他端に接続されている。第２空気径路６４は、第２プレート１６の内部を回転軸２４の径方向に延びている。第２空気径路６４は、シャフト挿通孔１６ａに連通している。そして、第２空気径路６４は、シャフト挿通孔１６ａに冷却空気を供給する。

（空気排出流路６５について）
遠心圧縮機１０は、空気排出流路６５を備えている。空気排出流路６５の一端は、モータ室Ｓ１に連通している。空気排出流路６５の他端は、タービンハウジング１４の吐出口１４ａに連通している。空気排出流路６５は、第２プレート１６の内部、及びタービンハウジング１４の内部を貫通した状態で延びている。そして、空気排出流路６５は、モータ室Ｓ１内の冷却空気を吐出口１４ａに排出する。

（取付面８０について）
図２に示すように、モータハウジング１２の外周面の一部は、熱交換器７０が取り付けられる取付面８０になっている。取付面８０は、平坦面状である。取付面８０には、冷却流体供給流路５８における第２冷却軸路５３とは反対側の端部が開口している。また、取付面８０には、冷却流体排出流路５９における第１冷却軸路５２とは反対側の端部が開口している。さらに、取付面８０には、空気供給流路６２における空気軸路６１とは反対側の端部が開口している。したがって、取付面８０には、冷却流体供給流路５８、冷却流体排出流路５９、及び空気供給流路６２が開口している。取付面８０は、第１冷却軸路５２、第２冷却軸路５３、及び空気軸路６１それぞれに対して、回転軸２４の径方向外方で重なっている。

（熱交換器７０の構成）
熱交換器７０は、扁平四角箱状である。熱交換器７０は、例えば、図示しないボルトによってモータハウジング１２の取付面８０に取り付けられている。熱交換器７０は、冷却空気とモータ冷却流路５０を通過した冷却水とを熱交換させることによって冷却空気を冷却する。熱交換器７０は、取付面８０に取り付けられる被取付面７０ａを有している。

図４に示すように、被取付面７０ａには、第１ポート７１と、第２ポート７２と、第３ポート７３と、が開口している。第１ポート７１は、冷却流体排出流路５９に連通する。したがって、第１ポート７１は、冷却流体排出流路５９を介して第１冷却軸路５２に連通している。第２ポート７２は、冷却流体供給流路５８に連通する。したがって、冷却流体供給流路５８を介して第２冷却軸路５３に連通している。第３ポート７３は、空気供給流路６２に連通する。したがって、第３ポート７３は、空気供給流路６２を介して空気軸路６１に連通している。また、熱交換器７０における被取付面７０ａとは反対側の端面には、第４ポート７４が開口している。図２に示すように、第４ポート７４には、継手７５が接続されている。継手７５は、例えば、Ｌ字状に屈曲された配管である。

（分岐配管９０について）
図１に示すように、遠心圧縮機１０は、分岐配管９０を備えている。分岐配管９０は、吐出通路１３ｅの途中から分岐してコンプレッサハウジング１３の外方へ延びている。そして、分岐配管９０における吐出通路１３ｅとは反対側の端部は、継手７５に接続されている。分岐配管９０の一端は、吐出通路１３ｅに連通している。分岐配管９０の他端は、継手７５を介して熱交換器７０の第４ポート７４に連通している。そして、吐出通路１３ｅを通過する空気の一部が、分岐配管９０、継手７５、及び第４ポート７４を介して熱交換器７０の内部に流入する。したがって、熱交換器７０を通過する冷却空気は、コンプレッサインペラ２５によって圧縮された空気の一部である。

（作用）
次に、本実施形態の作用について説明する。
熱交換器７０の内部を通過して熱交換器７０から第１ポート７１を介して冷却流体供給流路５８に排出された冷却水は、冷却流体供給流路５８を通過して第２冷却軸路５３に排出される。そして、冷却水は、モータ冷却流路５０において、第２冷却軸路５３から第３冷却軸路５４に向けて流れる。続いて、第３冷却軸路５４に達した冷却水は、第１接続流路５６、及び第２ラジエータ４８の供給口４８ａを介して第２ラジエータ４８に供給される。第２ラジエータ４８に供給された冷却水は、第２ラジエータ４８において、冷却水回路４５を循環する冷却水との熱交換が行われることにより冷却される。

第２ラジエータ４８において冷却された冷却水は、第２ラジエータ４８から第２ラジエータ４８の排出口４８ｂを介して第２接続流路５７に排出される。第２接続流路５７に排出された冷却水は、第２接続流路５７を通過して、モータ冷却流路５０において、第４冷却軸路５５に排出される。そして、冷却水は、モータ冷却流路５０において、第４冷却軸路５５から第１冷却軸路５２に向けて流れる。続いて、第１冷却軸路５２に達した冷却水は、冷却流体排出流路５９、及び第２ポート７２を介して熱交換器７０に供給される。このように冷却水がモータ冷却流路５０を流れることにより、モータハウジング１２に取り囲まれている電動モータ１８が、モータ冷却流路５０を流れる冷却水によって冷却される。

吐出通路１３ｅを通過する空気の一部は、第１空気軸受２１及び第２空気軸受２３を冷却するための冷却空気として、分岐配管９０、継手７５、及び第４ポート７４を介して熱交換器７０の内部に流入する。そして、熱交換器７０の内部を通過する冷却空気は、熱交換器７０を通過する冷却水との熱交換が行われることにより冷却される。続いて、熱交換器７０の内部を通過した冷却空気は、第３ポート７３を介して空気供給流路６２に流出する。空気供給流路６２に流出した冷却空気は、空気軸路６１を第１プレート１５及び第２プレート１６の双方に向けてそれぞれ流れる。

空気軸路６１を第１プレート１５に向けて流れる冷却空気は、第１空気径路６３に流出する。そして、第１空気径路６３を流れる冷却空気は、スラスト軸受収容室Ｓ２内に供給される。スラスト軸受収容室Ｓ２内に供給された冷却空気は、スラスト軸受２９を冷却する。続いて、スラスト軸受２９を冷却した冷却空気は、第１軸受保持部２０の内側に流れ込み、第１空気軸受２１に供給されて第１空気軸受２１を冷却する。第１空気軸受２１を冷却した冷却空気は、モータ室Ｓ１内において、電動モータ１８を冷却しつつ、空気排出流路６５に向けて流れる。

一方、空気軸路６１を第２プレート１６に向けて流れる冷却空気は、第２空気径路６４に流出する。そして、第２空気径路６４を流れる冷却空気は、シャフト挿通孔１６ａ内に供給される。シャフト挿通孔１６ａ内に供給された冷却空気は、第２軸受保持部２２の内側に流れ込み、第２空気軸受２３に供給されて第２空気軸受２３を冷却する。第２空気軸受２３を冷却した冷却空気は、モータ室Ｓ１内において、空気排出流路６５に向けて流れる。そして、電動モータ１８内の冷却空気は、空気排出流路６５を通過して、吐出口１４ａに排出される。このようにして、スラスト軸受２９、第１空気軸受２１、及び第２空気軸受２３が冷却空気によって冷却される。

（効果）
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）空気流路６０の空気軸路６１が、第１冷却軸路５２と第２冷却軸路５３との間に位置し、且つ第１プレート１５及び第２プレート１６それぞれに向けて回転軸２４の軸方向に延びている。したがって、モータ冷却流路５０を迂回しながら空気流路６０を第１プレート１５及び第２プレート１６それぞれに向けて延ばす必要が無いため、遠心圧縮機１０の小型化を図ることができる。そして、空気軸路６１を流れた冷却空気が、第１空気径路６３及び第２空気径路６４を介して第１空気軸受２１及び第２空気軸受２３に供給されるため、第１空気軸受２１及び第２空気軸受２３が冷却空気によって効率良く冷却される。さらに、熱交換器７０が、第１ポート７１、第２ポート７２及び第３ポート７３が、回転軸２４の径方向外方で、第１冷却軸路５２、第２冷却軸路５３及び空気軸路６１それぞれと重なるようにモータハウジング１２に取り付けられている。以上により、遠心圧縮機１０の小型化を図ることができる。

（２）モータハウジング１２の取付面８０には、冷却流体供給流路５８、冷却流体排出流路５９、及び空気供給流路６２が開口している。熱交換器７０の被取付面７０ａには、冷却流体排出流路５９に連通する第１ポート７１と、冷却流体供給流路５８に連通する第２ポート７２と、空気供給流路６２に連通する第３ポート７３と、が開口している。これによれば、冷却流体供給流路５８、冷却流体排出流路５９、及び空気供給流路６２それぞれの流路長を極力短くすることができる。したがって、遠心圧縮機１０の小型化をさらに図ることができる。

（３）熱交換器７０を通過する冷却空気は、コンプレッサインペラ２５によって圧縮された空気の一部である。これによれば、コンプレッサインペラ２５によって圧縮された空気の一部を、第１空気軸受２１及び第２空気軸受２３を冷却するための冷却空気として利用することができる。したがって、コンプレッサインペラ２５によって圧縮された空気とは別の空気を、第１空気軸受２１及び第２空気軸受２３を冷却するための冷却空気として、空気流路６０を介して第１空気軸受２１及び第２空気軸受２３それぞれに供給する必要が無い。その結果、第１空気軸受２１及び第２空気軸受２３を冷却するための構成を簡素化することができる。

（変更例）
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

○ 図５に示すように、ハウジング１１に、コンプレッサインペラ２５によって圧縮された空気の一部が分岐して流れる空気分岐流路９１が形成されていてもよい。空気分岐流路９１は、取付面８０に開口している。そして、図６に示すように、熱交換器７０の被取付面７０ａには、空気分岐流路９１に連通する第４ポート９２がさらに開口している。そして、空気分岐流路９１を流れる空気は、第１空気軸受２１及び第２空気軸受２３を冷却するための冷却空気として、第４ポート９２を介して熱交換器７０の内部を通過する。したがって、熱交換器７０を通過する冷却空気は、コンプレッサインペラ２５によって圧縮された流体である空気の一部である。

これによれば、コンプレッサインペラ２５によって圧縮された空気の一部を、第１空気軸受２１及び第２空気軸受２３を冷却するための冷却空気として利用することができる。したがって、コンプレッサインペラ２５によって圧縮された空気とは別の空気を、第１空気軸受２１及び第２空気軸受２３を冷却するための冷却空気として、空気流路６０を介して第１空気軸受２１及び第２空気軸受２３それぞれに供給する必要が無い。その結果、第１空気軸受２１及び第２空気軸受２３を冷却するための構成を簡素化することができる。また、ハウジング１１に、取付面８０に開口するとともにコンプレッサインペラ２５によって圧縮された空気の一部が分岐して流れる空気分岐流路９１を形成した。そして、被取付面７０ａには、空気分岐流路９１に連通する第４ポート９２がさらに開口している。これによれば、空気分岐流路９１の流路長を極力短くすることができるため、遠心圧縮機１０の小型化をさらに図ることができる。

○ 実施形態において、コンプレッサインペラ２５によって圧縮された空気とは別の空気を、第１空気軸受２１及び第２空気軸受２３を冷却するための冷却空気として、空気流路６０を介して第１空気軸受２１及び第２空気軸受２３それぞれに供給してもよい。

○ 実施形態において、熱交換器７０は、扁平四角箱状であったが、熱交換器７０の形状は特に限定されるものではない。
○ 実施形態において、第２ラジエータ４８の被設置面４８１に、供給口４８ａ及び排出口４８ｂが形成されておらず、第２ラジエータ４８における被設置面４８１以外の面に供給口４８ａ及び排出口４８ｂが形成されていてもよい。要は、第１接続流路５６が供給口４８ａに連通しており、第２接続流路５７が排出口４８ｂに連通していれば、供給口４８ａ及び排出口４８ｂにおける第２ラジエータ４８に対する開口位置は、特に限定されるものではない。

○ 実施形態において、冷却軸路５１及び空気軸路６１は、回転軸２４の軸方向に完全に一致した状態で延びていなくてもよく、回転軸２４の軸方向に対して所定の誤差の範囲内で斜めに延びていたり、屈曲していたりしてもよい。

○ 実施形態において、第１空気径路６３及び第２空気径路６４は、回転軸２４の径方向に完全に一致した状態で延びていなくてもよく、回転軸２４の径方向に対して所定の誤差の範囲内で斜めに延びていたり、屈曲していたりしてもよい。

○ 実施形態において、遠心圧縮機１０は、燃料電池車に搭載され、燃料電池スタック４１に対して空気を供給するために用いられるものに限らず、例えば、車両空調装置に用いられ、流体としての冷媒を圧縮するものであってもよい。また、遠心圧縮機１０は、車両に搭載されるものに限定されるものではない。

１０…遠心圧縮機、１１…ハウジング、１２…周壁であるモータハウジング、１５…第１端壁である第１プレート、１６…第２端壁である第２プレート、１８…電動モータ、２１…第１空気軸受、２３…第２空気軸受、２４…回転軸、２５…コンプレッサインペラ、５０…モータ冷却流路、５１…冷却軸路、５２…第１冷却軸路、５３…第２冷却軸路、５８…冷却流体供給流路、５９…冷却流体排出流路、６０…空気流路、６１…空気軸路、６２…空気供給流路、６３…空気径路としての第１空気径路、６４…空気径路としての第２空気径路、７０…熱交換器、７０ａ…被取付面、７１…第１ポート、７２…第２ポート、７３…第３ポート、８０…取付面、９１…空気分岐流路、９２…第４ポート、Ｓ１…モータ室。

Claims (3)

1. 回転軸と、
   前記回転軸を駆動する電動モータと、
   前記回転軸と一体的に回転することによって流体を圧縮するコンプレッサインペラと、
   前記電動モータを収容するモータ室を有するハウジングと、
   前記電動モータを前記回転軸の軸方向で挟んだ両側の位置で前記回転軸を回転可能に支持する第１空気軸受及び第２空気軸受と、
   前記電動モータを冷却するための冷却流体が流れるモータ冷却流路と、
   前記第１空気軸受及び前記第２空気軸受を冷却するための冷却空気を前記第１空気軸受及び前記第２空気軸受それぞれに供給する空気流路と、
   前記冷却空気と前記冷却流体とを熱交換させることによって前記冷却空気を冷却する熱交換器と、を備え、
   前記ハウジングは、前記電動モータを取り囲む周壁と、前記周壁の一方の開口を閉塞し、前記第１空気軸受を保持する第１端壁と、前記周壁の他方の開口を閉塞し、前記第２空気軸受を保持する第２端壁と、を有し、
   前記周壁、前記第１端壁、及び前記第２端壁によって前記モータ室が区画されており、
   前記モータ冷却流路は、前記回転軸の軸方向に延び、且つ前記周壁の周方向に間隔を置いて配列される複数の冷却軸路を有するとともに前記周壁の周方向で隣り合う冷却軸路同士を連結するように前記ハウジングに形成されている遠心圧縮機であって、
   前記複数の冷却軸路は、前記熱交換器に前記冷却流体を供給する第１冷却軸路と、前記熱交換器から前記冷却流体が排出される第２冷却軸路と、を有し、
   前記空気流路は、前記ハウジングに形成され、前記第１冷却軸路と前記第２冷却軸路との間に位置し、且つ前記第１端壁及び前記第２端壁それぞれに向けて前記回転軸の軸方向に延びる空気軸路と、前記空気軸路と連通するとともに、前記第１空気軸受及び前記第２空気軸受に前記冷却空気を供給する空気径路と、を有し、
   前記熱交換器は、前記第１冷却軸路に連通する第１ポートと、前記第２冷却軸路に連通する第２ポートと、前記空気軸路に連通する第３ポートと、を有するとともに、前記第１ポート、前記第２ポート及び前記第３ポートが、前記回転軸の径方向外方で、前記第１冷却軸路、前記第２冷却軸路及び前記空気軸路それぞれと重なるように前記ハウジングに取り付けられていることを特徴とする遠心圧縮機。
2. 前記モータ冷却流路は、
   前記第１冷却軸路から前記冷却流体が排出される冷却流体排出流路と、
   前記第２冷却軸路に前記冷却流体を供給する冷却流体供給流路と、を有し、
   前記空気流路は、前記空気軸路に前記冷却空気を供給する空気供給流路を有し、
   前記周壁の外周面の一部は、前記熱交換器が取り付けられる取付面であり、
   前記取付面には、前記冷却流体供給流路、前記冷却流体排出流路、及び前記空気供給流路が開口しており、
   前記熱交換器は、前記取付面に取り付けられる被取付面を有し、
   前記被取付面には、
   前記冷却流体排出流路に連通する前記第１ポートと、
   前記冷却流体供給流路に連通する前記第２ポートと、
   前記空気供給流路に連通する前記第３ポートと、が開口していることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 前記熱交換器を通過する冷却空気は、前記コンプレッサインペラによって圧縮された空気の一部であり、
   前記ハウジングには、前記コンプレッサインペラによって圧縮された空気の一部が分岐して流れるとともに前記取付面に開口する空気分岐流路が形成されており、
   前記被取付面には、前記空気分岐流路に連通する第４ポートがさらに開口していることを特徴とする請求項２に記載の遠心圧縮機。

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