JP6888688B2 - 遠心圧縮機 - Google Patents

Description

本開示は、遠心圧縮機に関する。

遠心圧縮機に関する技術として、特許文献１〜３に記載される技術が知られている。特許文献１には、気体軸受を備えた遠心圧縮機において、その遠心圧縮機により圧縮された気体の一部が気体軸受に供給される構成が記載されている。特許文献２には、遠心圧縮機のディフューザに流れる流体の一部をディフューザの下流側領域から上流側領域に戻す循環流路が形成され、循環流路に流れる流体が冷却手段によって冷却される構成が記載されている。特許文献３には、タービンを換気するための空気流の一部が遠心圧縮機のインペラの下流側面に案内され、それによってインペラの下流側面を冷却する構成が記載されている。

実開平４−９９４１８号公報 特開２０１０−１５１０３４号公報 特開２００８−２５５７７号公報

遠心圧縮機により圧縮された気体の一部を利用するためには、気体を取り出すため（抽気するため）の開口または孔をハウジングのどこかに設ける必要がある。一方で、遠心圧縮機により吸入される気体には、夾雑物などの異物が混入する可能性がある。何らかの目的で利用されるその気体の一部が夾雑物を含んでいる場合、その気体の一部が供給される部分（部品や空間など）に悪影響が生じ得る。本開示は、抽気される圧縮気体の一部に異物が混入する可能性を低減することができる遠心圧縮機を説明する。

本開示の一態様に係る遠心圧縮機は、ハウジング内に設けられ、回転軸線を有する回転軸と、ハウジング内に収容され、回転軸の一端に取り付けられたコンプレッサインペラと、ハウジング内に形成され、回転軸線の径方向および周方向にそれぞれ延びると共に、回転軸線の方向で互いに対面する第１の壁面および第２の壁面と、コンプレッサインペラの周囲において第１の壁面および第２の壁面の間に形成され、径方向および周方向に延びるディフューザと、ディフューザに接続されたスクロールであって、ディフューザとスクロールとの間に第１の壁面を位置させるスクロールと、第２の壁面を含むと共に、ディフューザと回転軸が延在するハウジング内の空間とを隔てる壁部と、を備え、壁部には、第１の壁面に向けて突出すると共にディフューザ内で周方向に間隔をもって配列された複数のベーンが固定されており、壁部には、ディフューザから気体を抽気するための少なくとも１つの抽気孔であってディフューザと空間とを接続する抽気孔が形成されており、かつ、壁部には、抽気された気体をディフューザに戻すための貫通孔は形成されておらず、抽気孔は、隣り合う２つのベーンの間に形成された長孔であり、長孔は、当該２つのベーンの間に形成される流れの流れ方向に沿って長く延びる。

本開示のいくつかの態様によれば、抽気孔を通じて抽気される圧縮気体の一部に異物が混入する可能性を低減することができる。

図１は、本開示の一実施形態に係る遠心圧縮機を模式的に示す説明図である。 図２は、本開示の一実施形態に係る遠心圧縮機の一例を示す断面図である。 図３は、図２の遠心圧縮機のディフューザおよび壁部を示す断面図である。 図４は、コンプレッサインペラとベーンを含む壁部とを回転軸線方向から見て示す図である。 図５は、図４中の抽気孔の配置を説明するための図である。 図６は、図４中の抽気孔の長孔形状を説明するための図である。

本開示の一態様に係る遠心圧縮機は、ハウジング内に設けられ、回転軸線を有する回転軸と、ハウジング内に収容され、回転軸の一端に取り付けられたコンプレッサインペラと、ハウジング内に形成され、回転軸線の径方向および周方向にそれぞれ延びると共に、回転軸線の方向で互いに対面する第１の壁面および第２の壁面と、コンプレッサインペラの周囲において第１の壁面および第２の壁面の間に形成され、径方向および周方向に延びるディフューザと、ディフューザに接続されたスクロールであって、ディフューザとスクロールとの間に第１の壁面を位置させるスクロールと、第２の壁面を含むと共に、ディフューザと回転軸が延在するハウジング内の空間とを隔てる壁部と、を備え、壁部には、ディフューザから気体を抽気するための少なくとも１つの抽気孔であってディフューザと空間とを接続する抽気孔が形成されており、かつ、壁部には、抽気された気体をディフューザに戻すための貫通孔は形成されていない。

この遠心圧縮機によれば、コンプレッサインペラの回転によって気体が圧縮され、圧縮気体はディフューザからスクロールへと流れる。壁部に形成された少なくとも１つの抽気孔は、ディフューザとハウジング内の空間とを接続する。この抽気孔を通じて、ディフューザを流れる圧縮気体の一部が抽気され、何らかの目的のために利用され得る。ディフューザでは、圧縮気体の流速（径方向外方に向かう流速）が比較的大きい。よって、遠心圧縮機により吸入される気体に異物が混入していたとしても、異物は、圧縮気体の流速に伴ってスクロール内に運ばれる傾向にある。したがって、この遠心圧縮機は、抽気孔を通じて抽気される圧縮気体の一部に異物が混入する可能性を低減することができる。

いくつかの態様において、回転軸を支持する気体軸受構造と、ハウジング内に形成されて空間の一部をなし、抽気孔と気体軸受構造とを接続する軸受冷却ラインと、軸受冷却ラインが接続され、抽気孔を通じて抽気された気体を冷却するように構成された冷却器と、を更に備える。この場合、抽気された気体は、冷却器によって冷却される。その冷却された気体が軸受冷却ラインを通じて気体軸受構造に供給される。よって、圧縮気体を抽気して遠心圧縮機が持つ気体軸受構造を冷却することができる。この構成は、遠心圧縮機の自己冷却機構であるとも言える。異物を嫌う気体軸受構造に対しては、異物の混入を抑えるような抽気孔を備えた本構成は特に有用である。

いくつかの態様において、壁部には、第１の壁面に向けて突出すると共にディフューザ内で周方向に間隔をもって配列された複数のベーンが固定されており、抽気孔は、隣り合う２つのベーンの間に形成された長孔であり、長孔は、当該２つのベーンの間に形成される流れの流れ方向に沿って長く延びる。流れ方向に沿って長く延びる長孔は、抽気用の開口面積を維持しつつ、抽気された気体に異物が混入する可能性をより一層低減させる。

いくつかの態様において、複数のベーンのそれぞれはトレーリングエッジを含み、抽気孔は、トレーリングエッジのＰＣＤ（Pitch Circle Diameter）に重なる位置に設けられている。トレーリングエッジのＰＣＤに重なる位置に設けられた抽気孔は、ディフューザにおける静圧の回復が達成されつつある気体の抽気を可能とする。よって、抽気された気体は圧力の観点からも高い利用価値を有する。

いくつかの態様において、壁部には、１つのみの抽気孔が形成されている。この場合、必要最小限の抽気孔を用いて、所望の量の気体を抽気できる。抽気孔を形成するための壁部の加工も容易である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態に係る電動過給機（遠心圧縮機の一例）１について説明する。電動過給機１は、例えば、図示しない燃料電池システムに適用される。燃料電池システムの型式は特に限定されない。燃料電池システムは、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）やりん酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）等であってもよい。

図１及び図２に示されるように、電動過給機１は、タービン２と、コンプレッサ３と、タービン２およびコンプレッサ３が両端に設けられた回転軸４とを備えている。タービン２およびコンプレッサ３の間には、回転軸４に回転駆動力を与えるためのモータ５が設置されている。コンプレッサ３によって圧縮された圧縮空気（「圧縮気体」の一例）Ｇは、酸化剤（酸素）として上記の燃料電池システムに供給される。燃料電池システム内では、燃料と酸化剤との化学反応によって、発電が行われる。燃料電池システムからは、水蒸気を含む空気が排出され、この空気は、タービン２に供給される。

電動過給機１は、燃料電池システムから排出される高温の空気を用いて、タービン２のタービンインペラ２１を回転させる。タービンインペラ２１が回転することにより、コンプレッサ３のコンプレッサインペラ３１が回転し、圧縮空気Ｇが燃料電池システムに供給される。なお、電動過給機１では、コンプレッサ３の駆動力の大部分が、モータ５によって与えられてもよい。すなわち、電動過給機１は、ほぼモータ駆動の過給機であってもよい。

燃料電池システムおよび電動過給機１は、たとえば車両（電気自動車）に搭載され得る。なお、電動過給機１のモータ５には、燃料電池システムで発電された電気が供給されてもよいが、燃料電池システム以外から電気が供給されてもよい。

電動過給機１についてより詳細に説明する。電動過給機１は、タービン２と、コンプレッサ３と、回転軸線Ｘを有する回転軸４と、モータ５と、モータ５の回転駆動を制御するインバータ６とを備える。電動過給機１は、回転軸４、モータ５、空気軸受構造８、および後述のインペラ等を収容するハウジングＨを備える。

タービン２は、タービンハウジング２２と、タービンハウジング２２に収容されたタービンインペラ２１と、を備える。コンプレッサ３は、コンプレッサハウジング３２と、コンプレッサハウジング３２に収容されたコンプレッサインペラ３１と、を備える。タービンインペラ２１は、回転軸４の一端に取り付けられ、コンプレッサインペラ３１は、回転軸４の他端に取り付けられている。

タービンハウジング２２とコンプレッサハウジング３２との間には、モータハウジング７が設けられている。回転軸４は、空気軸受構造（「気体軸受構造」の一例）８を介して、モータハウジング７に回転可能に支持されている。すなわち、電動過給機１のハウジングＨは、タービンハウジング２２とコンプレッサハウジング３２とモータハウジング７とを備える。

タービンハウジング２２には、排ガス流入口（不図示）及び排ガス流出口２２ａが設けられている。燃料電池システムから排出された水蒸気を含む空気は、排ガス流入口を通じてタービンハウジング２２内に流入する。流入した空気は、タービンスクロール２２ｂを通過して、タービンインペラ２１の入口側に供給される。タービンインペラ２１は、例えばラジアルタービンであり、供給された空気の圧力を利用して、回転力を発生させる。その後、空気は、排ガス流出口２２ａを通じてタービンハウジング２２外に流出する。

コンプレッサハウジング３２には、吸入口３２ａ及び吐出口３２ｂが設けられている。上記のようにタービンインペラ２１が回転すると、回転軸４及びコンプレッサインペラ３１が回転する。回転するコンプレッサインペラ３１は、吸入口３２ａを通じて外部の空気を吸入し、圧縮する。コンプレッサインペラ３１によって圧縮された圧縮空気Ｇは、コンプレッサスクロール３２ｃを通過して吐出口３２ｂから排出される。吐出口３２ｂから吐出された圧縮空気Ｇは、燃料電池システムに供給される。

モータ５は、例えばブラシレスの交流モータであり、回転子であるロータ５１と、固定子であるステータ５２とを備える。ロータ５１は、１つ又は複数のマグネットを含む。ロータ５１は、回転軸４に固定され、回転軸４と共に軸周りに回転可能となっている。ロータ５１は、回転軸４の軸線向における中央部に配置されている。ステータ５２は、複数のコイル及び鉄心を備える。ステータ５２は、ロータ５１を回転軸４の周方向に囲むように配置されている。ステータ５２は、回転軸４の周りに磁場を生じさせて、ロータ５１との協働により、ロータ５１を回転させる。

次に、機内で発生する熱を冷却する冷却構造について説明する。冷却構造は、モータハウジング７に取り付けられた熱交換器（冷却器）９と、熱交換器９を通過する冷媒ライン１０及び空冷ライン１１とを備えている。冷媒ライン１０と空冷ライン１１とは、熱交換器９内で熱交換可能に接続されている。空冷ライン１１には、コンプレッサ３で圧縮された圧縮空気Ｇの一部が通過する。言い換えれば、圧縮空気Ｇの一部が抽気され、抽気空気Ｇａとして空冷ライン１１に流される。冷媒ライン１０には、少なくとも、空冷ライン１１を通過する抽気空気Ｇａよりも温度が低いクーラントＣが通過する。

冷媒ライン１０は、電動過給機１外に設けられたラジエターに接続された循環ラインの一部である。冷媒ライン１０を通過するクーラントＣの温度は、５０℃以上、１００℃以下である。冷媒ライン１０は、ステータ５２に沿って配置されたモータ冷却部１０ａと、インバータ６に沿って配置されたインバータ冷却部１０ｂとを備えている。熱交換器９を通過したクーラントＣは、モータ冷却部１０ａにおいてステータ５２の周りを周回しながら流れ、ステータ５２を冷却する。その後、クーラントＣは、インバータ冷却部１０ｂにおいてインバータ６の制御回路、例えば、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタ、MOSFET、またはGTOなどに沿って蛇行しながら流れ、インバータ６を冷却する。

空冷ライン１１は、コンプレッサ３で圧縮された圧縮空気Ｇの一部である抽気空気Ｇａを移送するラインである。電動過給機１では、コンプレッサ３側の圧力が、タービン２側の圧力よりも高くなるように構成されている。空冷ライン１１は、この圧力差を効果的に利用して空気軸受構造８を冷却する構造である。つまり、空冷ライン１１は、コンプレッサ３で圧縮された圧縮空気Ｇの一部を抽気し、抽気空気Ｇａを空気軸受構造８まで誘導し、空気軸受構造８を通過した抽気空気Ｇａをタービン２に送るラインである。なお、圧縮空気Ｇの温度は、１５０℃以上、２５０℃以下であり、熱交換器９により、７０〜８０℃程度まで下がる。一方、空気軸受構造８の温度は、１５０℃以上になるため、抽気空気Ｇａを供給することによって好適に冷却できる。

モータハウジング７は、ロータ５１を囲むステータ５２を収容するステータハウジング７１と、空気軸受構造８が設けられた軸受ハウジング７２とを備えている。ステータハウジング７１及び軸受ハウジング７２には、回転軸４が貫通する軸空間（ハウジングＨ内の空間の一部）Ａが形成されている。軸空間Ａの両端部には、軸空間Ａ内を気密に保持するためのラビリンス構造３３ａ，２３ａが設けられている。

軸受ハウジング７２には、コンプレッサハウジング３２が固定されている。コンプレッサハウジング３２は、コンプレッサインペラ３１を収容するインペラ室３４と、インペラ室３４と協働してディフューザ３６を形成するディフューザプレート３３とを備えている。インペラ室３４は、空気を取り込む吸入口３２ａと、コンプレッサインペラ３１によって圧縮された圧縮空気Ｇを吐出する吐出口３２ｂと、圧縮空気Ｇの流れ方向でディフューザ３６の下流側に接続されたコンプレッサスクロール３２ｃとを備えている。

ディフューザプレート３３の中央部（回転軸４の周囲）には、ラビリンス構造３３ａが設けられている。一方で、ステータハウジング７１とタービンハウジング２２との間にはシール板２３が配置されている。このシール板２３の中央部（回転軸４の周囲）には、ラビリンス構造２３ａが設けられている。

ディフューザプレート３３には、圧縮空気Ｇの一部を抽気する抽気孔３８が形成されている。抽気孔３８は、空冷ライン１１の入口である。抽気孔３８は、たとえば、軸受ハウジング７２に設けられた第１の連絡流路（ハウジングＨ内の空間の一部）１２に接続されている。第１の連絡流路１２は熱交換器９に接続されている。第１の連絡流路１２は、たとえば円形の断面形状を有する。

熱交換器９は、台座部９１を介してモータハウジング７の外周面に取り付けられている。熱交換器９には、抽気空気Ｇａが通過する空気流路（「気体流路」の一例）１３が形成されている。空気流路１３は空冷ライン１１の一部であり、冷媒ライン１０との間で熱交換可能である。熱交換器９は、抽気孔３８を通じて抽気された抽気空気Ｇａを冷却するように構成されている。熱交換器９は、ステータハウジング７１と軸受ハウジング７２とを跨ぐ位置に設置されている。

空気流路１３は、第２の連絡流路（ハウジングＨ内の空間の一部）１４に接続されている。第２の連絡流路１４は、モータハウジング７に設けられている。第２の連絡流路１４は、ステータハウジング７１及び軸受ハウジング７２を貫通する流路であり、軸空間Ａに配置された空気軸受構造８に接続されている。第１の連絡流路１２、第２の連絡流路１４、および軸空間Ａは、熱交換器９に接続された軸受冷却ラインの一部である。

回転軸４を支持する空気軸受構造８は、一対のラジアル軸受８１，８２と、スラスト軸受８３とを備えている。

一対のラジアル軸受８１，８２は、回転軸４の回転を許容しつつ、回転軸４に直交する方向への移動を規制する。一対のラジアル軸受８１，８２は、たとえば動圧型の空気軸受であり、回転軸４の中央部に設けられたロータ５１を挟むようにして配置されている。

一対のラジアル軸受８１，８２のうち、一方は、ロータ５１とコンプレッサインペラ３１との間に配置された第１のラジアル軸受８１であり、他方は、ロータ５１とタービンインペラ２１との間に配置された第２のラジアル軸受８２である。第１のラジアル軸受８１と第２のラジアル軸受８２とは、実質的に同一の構造を備えており、第１のラジアル軸受８１を代表して説明する。

第１のラジアル軸受８１は、回転軸４の回転に伴い、周辺の空気を回転軸４と第１のラジアル軸受８１との間へ誘い込み（楔効果）、圧力を上昇させて負荷能力を得る構造である。第１のラジアル軸受８１は、楔効果で得た負荷能力によって回転軸４を回転自在に支持する。第１のラジアル軸受８１として、例えば、フォイル軸受、ティルティングパッド軸受、スパイラル溝軸受などを用いることができる。

スラスト軸受８３は、回転軸４の回転を許容しつつ、回転軸４の軸線方向への移動を規制する。スラスト軸受８３は、動圧型の空気軸受であり、第１のラジアル軸受８１とコンプレッサインペラ３１との間に配置されている。

スラスト軸受８３は、回転軸４の回転に伴い、周辺の空気を回転軸４とスラスト軸受８３との間へ誘い込み（楔効果）、圧力を上昇させて負荷能力を得る構造である。スラスト軸受８３は、楔効果で得た負荷能力によって回転軸４を回転自在に支持する。スラスト軸受８３として、例えば、フォイル軸受、ティルティングパッド軸受、スパイラル溝軸受などを用いることができる。

本実施形態では、回転軸４とラジアル軸受８１との間、スラスト軸受８３の内部、ロータ５１とステータ５２との間、および、回転軸４とラジアル軸受８２との間に隙間が形成される。これらの隙間は、空冷ライン１１の一部になる。これらの隙間に抽気空気Ｇａが通過することにより、空気軸受構造８の各軸受が冷却される。なお、抽気空気Ｇａは、冷却空気としてのみならず、空気源として、空気軸受構造８に供給されてもよい。

より詳細には、図２に示されるように、ラジアル軸受８１およびスラスト軸受８３を冷却した抽気空気Ｇａは、モータハウジング７に形成された第３の連絡流路１５およびタービンハウジング２２に形成された第５の連絡流路１７を経て、排ガス流出口２２ａに導入される。モータ５およびラジアル軸受８２を冷却した抽気空気Ｇａは、モータハウジング７に形成された第４の連絡流路１６およびタービンハウジング２２に形成された第６の連絡流路１８を経て、排ガス流出口２２ａに導入される。

以上の構成により、軸受冷却ラインは、抽気孔３８と空気軸受構造８とを接続している。続いて、図３〜図５を参照して、本実施形態におけるディフューザプレート３３およびディフューザ３６に形成された抽気孔構造について詳細に説明する。

図３に示されるように、ディフューザ３６は、コンプレッサスクロール３２ｃのディフューザプレート３３側で径方向に延びる円環状のオーバーハング壁部の表面３２ｆと、ディフューザプレート３３の表面３３ｄとの間に形成された流路である。円環状の表面３２ｆと円環状の表面３３ｄとは回転軸線Ｘの方向で互いに対面している。表面３２ｆと表面３３ｄとは、それぞれ、径方向および周方向に延びており、回転軸線Ｘに略直交する。すなわち、表面３２ｆと表面３３ｄとは、たとえば、互いに平行である。表面３２ｆおよび表面３３ｄは、それぞれ、ハウジングＨ内に形成された第１の壁面および第２の壁面である。なお、本明細書において、「径方向」および「周方向」は、回転軸線Ｘを基準とする。

ディフューザ３６は、コンプレッサインペラ３１の周囲（すなわち下流側）に形成されており、径方向および周方向に延びている。より詳細には、コンプレッサインペラ３１のトレーリングエッジ３１ａが、例えばディフューザ３６の始端（入口）である。ディフューザプレート３３の外周縁３３ｃが、例えばディフューザ３６の終点（出口）である。すなわち、図３に示される領域Ｂが、ディフューザ３６に相当してもよい。なお、ディフューザ３６の始端は、平行流路の内周側の端縁であってもよい。また、ディフューザ３６の終点は、オーバーハング壁部の先端３２ｅであってもよい。

ディフューザ３６を形成する２つの壁面のうち、コンプレッサハウジング３２の表面３２ｆは、コンプレッサスクロール３２ｃに近くに位置し、ディフューザプレート３３の表面３３ｄは、表面３２ｆよりも、コンプレッサスクロール３２ｃからは遠くに位置する。言い換えれば、ディフューザ３６とコンプレッサスクロール３２ｃとの間に表面３２ｆが位置している。一方、ディフューザ３６と軸空間Ａ（モータハウジング７の内部）との間にディフューザプレート３３の表面３３ｄが位置している。ディフューザプレート３３は、ディフューザ３６と、回転軸４が延在するモータハウジング７内の空間とを隔てる壁部である。

図３および図４に示されるように、ディフューザ３６内の圧縮空気を抽気するための１つのみの抽気孔３８が、ディフューザプレート３３に形成されている。抽気孔３８は、たとえば、上記した領域Ｂの範囲内に形成されている。抽気孔３８は、ディフューザ３６と第１の連絡流路１２とを接続する。図３に示されるように、抽気孔３８のディフューザ３６側の表面開口３８ｅと、抽気孔３８の第１の連絡流路１２側の裏面開口３８ｆとは、同じ大きさ及び形状を有してもよい。抽気孔３８の回転軸線Ｘに直交する断面形状は、回転軸線Ｘの方向において一定であってもよい。抽気孔３８は、回転軸線Ｘに沿った柱状に形成されてもよい。抽気孔３８の表面開口３８ｅがディフューザ３６に向けて広く開口するように、表面開口３８ｅがテーパー（縁が面取り）されてもよい。

抽気孔３８は、たとえば、径方向の外側に設けられている。抽気孔３８は、周方向において、熱交換器９の近くに位置するように設けられている（図４参照）。言い換えれば、抽気孔３８は、コンプレッサインペラ３１と熱交換器９との間に設けられている。

ディフューザプレート３３には、１つの抽気孔３８が形成されているが、抽気孔３８以外に、何ら貫通孔は形成されていない。ディフューザプレート３３には、抽気空気Ｇａをディフューザ３６に戻すための貫通孔は何ら形成されておらず、したがって、上述の特許文献２に記載されるような循環流路も形成されていない。

ディフューザプレート３３には、コンプレッサハウジング３２の表面３２ｆに向けて突出する複数のベーン３７が固定されている。複数のベーン３７は、ディフューザ３６内で、周方向に等しい間隔をもって配列されている（図４参照）。隣り合う２つのベーン３７，３７の間に、圧縮空気Ｇの流れが形成される。

より詳細には、図５および図６に示されるように、抽気孔３８は、隣り合う２つのベーン３７，３７の間に形成された長孔である。抽気孔３８は、これらの２つのベーン３７，３７の間に形成される流れの流れ方向Ｄに沿って、長く延びている。抽気孔３８は、径方向の内側に位置する内端３８ａと、径方向の外側に位置する外端３８ｂと、これらを接続する平行な一対の側辺３８ｄ，３８ｄとを含む。一対の側辺３８ｄ，３８ｄの径方向の内側に円弧状の縁が形成されており、その中心に内端３８ａが存在する。一対の側辺３８ｄ，３８ｄの径方向の外側に円弧状の縁が形成されており、その中心に外端３８ｂが存在する。内端３８ａと外端３８ｂとの間の距離すなわち長さは、一対の側辺３８ｄ，３８ｄの間の距離すなわち幅よりも長い。

そして、抽気孔３８の中心３８ｃは、ベーン３７のトレーリングエッジ３７ｂのＰＣＤラインＬ上に位置する。なお、抽気孔３８の中心３８ｃは、ベーン３７のトレーリングエッジ３７ｂのＰＣＤラインＬから多少ずれて位置してもよい。本実施形態では、抽気孔３８が、トレーリングエッジ３７ｂのＰＣＤラインＬに重なる位置に設けられている。

上記した「流れ方向Ｄ」は、たとえば以下のように定義され得る。図６に示されるように、隣り合う２つのベーン３７，３７の中間に、仮想ベーン３９が想定され得る。たとえば、中心ＣＬから各ベーン３７のトレーリングエッジ３７ｂに結ばれた等しい長さをもつ２本の線分のなす角度θを等分することにより、２本の線分と等しい長さをもつ中間の線分が想定され得る。中心ＣＬから延びる中間の線分の先端に仮想ベーン３９のトレーリングエッジ３９ｂを置き、各線分に対する各ベーン３７と同じ位置関係の仮想ベーン３９が描かれ得る。この仮想ベーン３９のリーディングエッジ３９ａとトレーリングエッジ３９ｂとを結んだ直線に平行な方向が、流れ方向Ｄであると定義されてもよい。図６に示されるように、流れ方向Ｄに延びる矢印は、抽気孔３８の内端３８ａ、中心３８ｃ、および外端３８ｂを通る。なお、ベーン３７のリーディングエッジ３７ａを基準に同様のことを行っても、流れ方向Ｄが定義され得る。

以上説明した本実施形態の電動過給機１によれば、コンプレッサインペラ３１の回転によって空気が圧縮され、圧縮空気Ｇはディフューザ３６からコンプレッサスクロール３２ｃへと流れる。ディフューザプレート３３に形成された抽気孔３８は、ディフューザ３６とハウジングＨ内の空間とを接続する。この抽気孔３８を通じて、ディフューザ３６を流れる圧縮空気Ｇの一部が抽気され、何らかの目的のために利用され得る。たとえば、本実施形態における圧縮空気Ｇと抽気空気Ｇａとの流量の割合を例示すると、９９：１〜９０：１０程度である。ディフューザ３６では、圧縮空気の流速（径方向外方に向かう流速）が比較的大きい。よって、電動過給機１により吸入される空気に異物が混入していたとしても、異物は、圧縮空気の流速に伴ってコンプレッサスクロール３２ｃ内に運ばれる傾向にある。たとえば、圧縮空気Ｇに含まれる異物のうち、上記の比率（１０％〜１％）よりも低い比率の異物しか、抽気空気Ｇａ側には流入しない。したがって、この電動過給機１は、抽気孔３８を通じて抽気される圧縮空気の一部に異物が混入する可能性を低減している。

電動過給機１では、抽気空気Ｇａによってモータハウジング７の内圧を高めている。これにより、コンプレッサインペラ３１の背面部分（ラビリンス構造３３ａが設けられた部分）を通じての空気の漏れを好適に防止している。

熱交換器９を備える電動過給機１によれば、抽気空気Ｇａは、熱交換器９によって冷却される。その冷却された空気が軸受冷却ラインを通じて空気軸受構造８に供給される。よって、圧縮空気を抽気して電動過給機１が持つ空気軸受構造８を冷却することができる。この構成は、電動過給機１の自己冷却機構であるとも言える。特に、異物を嫌う空気軸受構造８に対しては、異物の混入を抑えるような抽気孔３８を備えた本実施形態は特に有用である。

流れ方向Ｄに沿って長く延びる長孔とされた抽気孔３８は、抽気用の開口面積を維持しつつ、抽気された空気に異物が混入する可能性をより一層低減させる。従来、抽気孔の形状に関しては十分な検討がなされてこなかったが、本実施形態の抽気孔３８は、異物の混入を考慮した長孔形状を有しており、異物の低減に有効である。

トレーリングエッジ３７ｂのＰＣＤラインＬに重なる位置に設けられた抽気孔３８は、ディフューザ３６における静圧の回復が達成されつつある空気の抽気を可能とする。よって、抽気空気Ｇａは圧力の観点からも高い利用価値を有する。

１つのみの抽気孔３８によれば、必要最小限の抽気孔３８を用いて、所望の量の空気を抽気できる。抽気孔３８を形成するためのディフューザプレート３３の加工も容易である。

以上、本開示の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。たとえば、ディフューザプレート３３に、２つ又はそれ以上の抽気孔３８が設けられてもよい。１つ又は複数の抽気孔３８の全部または一部が、ＰＣＤラインＬから外れた位置に配置されてもよい。

抽気孔３８の形状は長孔形状に限られず、適宜に変更可能である。抽気孔３８が円形でない場合に、抽気孔３８の向きも適宜に変更可能である。たとえば、ディフューザプレート３３にベーン３７が設けられない場合には、長孔の長い方向は適当に決定されてよい。円形の抽気孔３８が設けられてもよい。

抽気空気Ｇａを冷却するために、熱交換器９以外の形式の冷却器が設けられてもよい。熱交換器９（冷却器）が省略されてもよい。

抽気空気Ｇａは、空気軸受構造８以外に供給されてもよい。抽気空気Ｇａの他の用途としては、たとえばロータとステータを含むモータ構造の冷却等が挙げられる。

本開示の抽気孔構造が、タービンを備えていない電動過給機に適用されてもよい。あるいは、モータを備えない過給機に、本開示の抽気孔構造が適用されてもよい。遠心圧縮機によって圧縮される気体は、空気以外の気体であってもよい。

本開示のいくつかの態様によれば、抽気孔を通じて抽気される圧縮気体の一部に異物が混入する可能性を低減することができる。

１ 電動過給機（遠心圧縮機）
２ タービン
３ コンプレッサ
４ 回転軸
７ モータハウジング
８ 空気軸受構造（気体軸受構造）
９ 熱交換器（冷却器）
１０ 冷媒ライン
１１ 空冷ライン
１２ 第１の連絡流路（軸受冷却ライン）
１３ 空気流路
１４ 第２の連絡流路（軸受冷却ライン）
３１ コンプレッサインペラ
３２ コンプレッサハウジング
３２ｃ コンプレッサスクロール（スクロール）
３３ ディフューザプレート（壁部）
３２ｆ 表面（第１の壁面）
３３ｄ 表面（第２の壁面）
３６ ディフューザ
３７ ベーン
３７ｂ トレーリングエッジ
３８ 抽気孔、長孔
Ａ 軸空間
ＣＬ 中心
Ｄ 流れ方向
Ｈ ハウジング
Ｌ ＰＣＤライン
Ｘ 回転軸線

Claims (8)

1. ハウジング内に設けられ、回転軸線を有する回転軸と、
   前記ハウジング内に収容され、前記回転軸の一端に取り付けられたコンプレッサインペラと、
   前記ハウジング内に形成され、前記回転軸線の径方向および周方向にそれぞれ延びると共に、前記回転軸線の方向で互いに対面する第１の壁面および第２の壁面と、
   前記コンプレッサインペラの周囲において前記第１の壁面および前記第２の壁面の間に形成され、前記径方向および前記周方向に延びるディフューザと、
   前記ディフューザに接続されたスクロールであって、前記ディフューザと前記スクロールとの間に前記第１の壁面を位置させる前記スクロールと、
   前記第２の壁面を含むと共に、前記ディフューザと前記回転軸が延在する前記ハウジング内の空間とを隔てる壁部と、を備え、
   前記壁部には、前記第１の壁面に向けて突出すると共に前記ディフューザ内で周方向に間隔をもって配列された複数のベーンが固定されており、
   前記壁部には、前記ディフューザから気体を抽気するための少なくとも１つの抽気孔であって前記ディフューザと前記空間とを接続する前記抽気孔が形成されており、かつ、前記壁部には、抽気された前記気体を前記ディフューザに戻すための貫通孔は形成されておらず、
   前記抽気孔は、隣り合う２つのベーンの間に形成された長孔であり、前記長孔は、当該２つのベーンの間に形成される流れの流れ方向に沿って長く延びる、遠心圧縮機。
2. 前記回転軸を支持する気体軸受構造と、
   前記ハウジング内に形成されて前記空間の一部をなし、前記抽気孔と前記気体軸受構造とを接続する軸受冷却ラインと、
   前記軸受冷却ラインが接続され、前記抽気孔を通じて抽気された前記気体を冷却するように構成された冷却器と、を更に備える、請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 前記複数のベーンのそれぞれはトレーリングエッジを含み、
   前記抽気孔は、前記トレーリングエッジのＰＣＤ（Pitch Circle Diameter）に重なる位置に設けられている、請求項１に記載の遠心圧縮機。
4. 前記複数のベーンのそれぞれはトレーリングエッジを含み、
   前記抽気孔は、前記トレーリングエッジのＰＣＤ（Pitch Circle Diameter）に重なる位置に設けられている、請求項２に記載の遠心圧縮機。
5. 前記壁部には、１つのみの前記抽気孔が形成されている、請求項１に記載の遠心圧縮機。
6. 前記壁部には、１つのみの前記抽気孔が形成されている、請求項２に記載の遠心圧縮機。
7. 前記壁部には、１つのみの前記抽気孔が形成されている、請求項３に記載の遠心圧縮機。
8. 前記壁部には、１つのみの前記抽気孔が形成されている、請求項４に記載の遠心圧縮機。

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