JP2005036664A - 圧縮機、ターボチャージャおよび燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】スクロールから固定子ハウジングへの伝熱量が抑制される圧縮機を提供すること。
【解決手段】本発明の圧縮機は、固定子（４）と回転子（３）を備えたモータ（１１）と、固定子（４）をカバーする固定子ハウジング（５）と、モータ（１１）により駆動される回転翼（２）と、回転翼（２）により気体が圧送されるスクロール（１）と、を具備する。
スクロール（１）と固定子ハウジング（５）は一体に設置され、スクロール（１）と固定子ハウジング（５）の間に伝熱を抑制する伝熱抵抗部を有する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機に関し、特に駆動用に少なくともモータを具備する圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転翼を回転させて気体をスクロールへ圧送する圧縮機が使用されている。スクロールは、圧縮された気体により温度が上昇する。回転翼の回転数が大きいほど、圧縮比が高くなり、スクロール内の気体の温度が高くなる。このため、タービンなどにより高速で駆動される圧縮機では、回転数が大きくなり、スクロール内の気体の温度が高くなる場合がある。
内部の気体の温度上昇により、スクロール自体が高温となる場合がある。
【０００３】
モータにより駆動される圧縮機では、モータの固定子をカバーしている固定子ハウジングと、スクロールが一体に接続され設置される場合がある。
スクロールが高温になると、固定子ハウジングへ伝熱し、固定子ハウジングの温度が上昇する。固定子ハウジングの温度が上昇すると、モータの固定子および回転子の温度が上昇する。
固定子がコイルの場合、抵抗の上昇を抑えるため温度が上昇しないことが好ましい。回転子が永久磁石の場合、温度上昇により磁力が劣化する場合があるため、温度が上昇しないことが好ましい。
【０００４】
圧縮空気を発生する圧縮器、及び前記圧縮空気を供給されて高温の燃焼ガスを発生する燃焼器を具備するガスタービンに使用するスクロールであって、前記燃焼器から供給された高温の燃焼ガスが流動する所定の空間を形成するスクロール本体と、前記スクロール本体に対し所定間隔離隔されて前記スクロール本体を取り囲むように設けられたスクロールハウジングとを備え、前記スクロール本体と前記スクロールハウジングとの間に、前記圧縮空気が流動する流路が形成され、前記流路の入口端は前記圧縮器の出口と連通し、前記流路の出口端は前記燃焼器側に向けて開放されていることを特徴とするスクロールについて開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２３４７３６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、固定子ハウジングの温度上昇が抑制される圧縮機を提供することにある。
本発明の目的は、スクロールから固定子ハウジングへの伝熱量が抑制される圧縮機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用する番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００８】
本発明の圧縮機は、固定子（４）と回転子（３）を備えるモータ（１１）と、固定子（４）をカバーする固定子ハウジング（５）と、モータ（１１）により駆動される回転翼（２）と、回転翼（２）により気体が圧送されるスクロール（１）と、を具備する。
スクロール（１）と固定子ハウジング（５）は一体に設置され、スクロール（１）と固定子ハウジング（５）の間に伝熱を抑制する伝熱抵抗部を有する。
スクロール（１）から固定子ハウジング（５）への伝熱を抑制することにより、固定子ハウジング（５）の温度上昇を抑えることができる。
【０００９】
本発明の圧縮機は、固定子（４）と回転子（３）を備えるモータ（１１）と、固定子（４）をカバーする固定子ハウジング（５）と、モータ（１１）により駆動される回転翼（２）と、回転翼（２）により気体が圧送されるスクロール（１）と、を具備する。
スクロール（１）と固定子ハウジング（５）は一体に設置され、スクロール（１）と固定子ハウジング（５）の間に凹部を有する。
スクロール（１）と固定子ハウジング（５）の間に凹部により、スクロール（１）から固定子ハウジング（５）への伝熱経路が長くなり、伝熱面積を小さくできる。さらに、凹部により表面積が大きくなり放熱量が増加する。
【００１０】
本発明の圧縮機は、固定子（４）と回転子（３）を備えるモータ（１１）と、固定子（４）をカバーする固定子ハウジング（５）と、モータ（１１）により駆動される回転翼（２）と、回転翼（２）により気体が圧送されるスクロール（１）と、を具備する。
スクロール（１）と固定子ハウジング（５）は一体に設置され、スクロール（１）と固定子ハウジング（５）の間は、回転翼（２）の外周からモータ（１１）の回転軸（６）までの距離より回転軸（６）の近くで接続される。
スクロール（１）と固定子ハウジング（５）の間が、回転翼（２）の外周からモータ（１１）の回転軸（６）までの距離より回転軸（６）の近くで接続されることにより、温度の高い回転翼（２）の外周付近のスクロールからの伝熱経路を長くすることができる。
【００１１】
本発明の圧縮機は、固定子（４）と回転子（３）を備えるモータ（１１）と、固定子（４）をカバーする固定子ハウジング（５）と、モータ（１１）により駆動される回転翼（２）と、回転翼（２）により気体が圧送されるスクロール（１）と、を具備する。
スクロール（１）と固定子ハウジング（５）は一体に設置され、スクロール（１）と固定子ハウジング（５）の間は、スクロール（１）より熱伝導率の小さい物質を介して接続される。
熱伝導率の小さい物質により、伝熱量を抑制することができる。
【００１２】
本発明の圧縮機における、上記スクロール（１）は、外表面に放熱用フィン（１０）を備える。放熱用フィン（１０）により、スクロール（１）の温度を下げることができる。
【００１３】
本発明の圧縮機における、上記固定子ハウジング（５）は、外表面に放熱用フィン（１０）を備える。放熱用フィン（１０）により、固定子ハウジング（５）の温度を下げることができる。
【００１４】
本発明の圧縮機における、スクロール（１）は、内部に冷却用流体が流れる冷却通路を備える。冷却用流体により、スクロール（１）の温度を下げることができる。
【００１５】
本発明の圧縮機は、さらに、潤滑油配管、冷却水配管、外装板の少なくとも何れかである低温度部材（２１）を備える。
スクロール（１）は、低温度部材と、スクロール（１）の材料と同等以上の熱伝導率を有する部材（２０）で接続される。低温度部材により、スクロール（１）の温度を下げることができる。
【００１６】
低温度部材（２１）は、スクロール（１）周辺にある、スクロール（１）より温度が低いものを使用できる。部材（２０）は、熱伝導率が大きいほうが好ましい。
【００１７】
本発明の圧縮機は、さらに、回転翼（２）を駆動するタービンを供える。
【００１８】
本発明のターボチャージャーは、上記の何れかに記載された圧縮機を具備する。
【００１９】
本発明の燃料電池は、上記の何れかに記載された圧縮機を具備する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照して、本発明による圧縮機の実施の形態を以下に説明する。
本発明の圧縮機は、駆動用に少なくともモータを具備する。さらに、駆動用にタービンを具備し、モータとタービンが併用される場合がある。もしくは、モータ以外に圧縮機を駆動する駆動手段を備える場合を含む。
【００２１】
（実施の形態１）
図１に、モータ１１と遠心圧縮機７の断面の概要が示される。
モータ１１は、固定子４と回転子３を具備する。固定子４は、モータ１１の周囲に形成される固定子ハウジング５に設置される。
遠心圧縮機７は、回転翼２とスクロール１を具備する。モータ１１と回転翼２は同じ軸ｌの回転軸６で接続される。モータ１１が回転することにより回転翼２が回転し、気体がスクロール１に圧送される。
回転軸６には、モータ１１以外にもタービンに代表される他の駆動装置が設置され、モータ１１と併設される場合がある。
【００２２】
スクロール１内に気体が圧送されることにより、気体の温度が上昇し、スクロール１の温度が上昇する。気体の圧縮比が３程度の場合、スクロール１内の温度が２００℃前後まで上昇する場合がある。
【００２３】
スクロール１と、固定子ハウジング５は、一体に接続されて設置される。スクロール１と、固定子ハウジング５は、別々に製作されボルトなどの固定手段で接続される。
本発明では、スクロール１からの熱が固定子ハウジング５に伝わり難くするため、スクロール１と固定子ハウジング５の間に凹部を形成するよう接続部８が設けられている。すなわち、スクロール１と固定子ハウジング５の間に空間９が形成されるように、スクロール１と固定子ハウジング５が接続部８で接続される。
凹形状を形成するように接続部８が設けられることにより、伝熱経路が長くなり、伝熱面積を小さくでき、固定子ハウジング５への伝熱量が抑制される。さらに、凹形状により表面積が増加することにより、伝熱経路の放熱量が増加して伝熱量を抑制すると共に、スクロール１自体の温度を下げることができる。
【００２４】
特に、スクロール１の入口付近、すなわち回転翼２の外周付近のスクロール１は、流体の速度エネルギーの一部が熱エネルギーに変換され温度が上昇する。このため、スクロール１の入口付近の熱が放熱されるように凹形状が形成されることは、より効果がある。さらに、スクロール１の入口付近から固定子ハウジング５への伝熱経路が長くなることが好ましい。
具体的には、図２に示されるように、回転翼２の外周より中心軸ｌに近く、すなわち回転翼２の外周から中心軸ｌまでの距離より接続部８から中心軸ｌまでの距離が小さくなるように接続部８が設置されることが好ましい。
【００２５】
さらに、空間９に冷却用流体を流す流路を形成し、冷却用流体が流されることにより、スクロール１を冷却することができる。
【００２６】
スクロール１から固定子ハウジング５への伝熱量が抑制されることは、固定子ハウジング５の温度上昇を抑えることができるため好ましい。回転子３が永久磁石の場合、温度上昇により磁力が劣化する場合があるため、回転子３の温度上昇を抑えることが好ましい。さらに、固定子４のコイルは、抵抗の上昇を抑えるため温度が上昇しないことが好ましい。
【００２７】
（実施の形態２）
図３を参照して、実施の形態２が説明される。実施の形態１と同じ部分は同じ記号が付され説明は省略される。
本実施の形態２では、接続部８および固定子ハウジング５が熱伝導率の小さい材質で作製される。スクロール１は、放熱を促進するため熱伝導率の大きい物質で作製される。
具体的には、接続部８および固定子ハウジング５はセラミック・樹脂に例示される熱伝導率の小さい材質で作製される。スクロール１は、アルミや鉄鋼に例示される金属に代表される熱伝導率の大きい材質で作製される。
【００２８】
接続部８および固定子ハウジング５が、熱伝導率の小さい材質で作製されることにより、スクロール１から固定子ハウジング５への熱の伝達を抑えることができる。さらに、スクロール１は熱伝導率の大きい物質で作製することにより放熱を促進することができる。
【００２９】
（実施の形態３）
図４を参照して、実施の形態３が説明される。実施の形態１と同じ部分は同じ記号が付され説明は省略される。
本実施の形態３では、接続部８のみが熱伝導率の小さい材質で作製される。スクロール１は、放熱を促進するため熱伝導率の大きい材質で作製される。
具体的には、接続部８はセラミック・樹脂に例示される熱伝導率の小さい材質で作製される。スクロール１は、アルミや鉄鋼に例示される金属に代表される熱伝導率の大きい材質で作製される。
【００３０】
接続部８が熱伝導率の小さい材質で作製されることにより、スクロール１からの熱の伝達を抑えることができる。スクロール１が熱伝導率の大きい物質で作製されることにより放熱を促進することができる。
さらに、本実施の形態では、固定子ハウジング５が熱伝導率の大きい物質で作製される場合がある。モータ１１から発生する熱を冷却したい場合、固定子ハウジング５が熱伝導率の大きい物質で作製されることは好ましい。
【００３１】
（実施の形態４）
図５を参照して、実施の形態４が説明される。実施の形態１と同じ部分は同じ記号が付され説明は省略される。
本実施の形態４では、実施の形態１のスクロール１に、放熱用のフィン１０が設置される。放熱用のフィン１０によりスクロール１の温度が下がり、固定子ハウジング５への伝熱量を下げることができる。
フィン１０は、熱伝導率の大きい物質で作製されることが好ましい。
フィン１の形状は、スクロール１の外表面を広げるものであれば、特に限定されない。具体的には、フィン１は、棒状もしくは板状の突起として形成される。
【００３２】
なお、フィン１０は、上記に記された実施の形態２〜３の場合と併用して使用される場合もある。
【００３３】
さらに、フィン１０は、接続部８および／もしくは固定子ハウジング５に設置される場合もある。
【００３４】
（実施の形態５）
図６を参照して、実施の形態５が説明される。実施の形態１と同じ部分は同じ記号が付され説明は省略される。
本実施の形態５では、実施の形態１のスクロール１の内部に、冷却用の流体が通れる流路１５が設置される。流路１５に冷却用の流体が通されることにより、スクロール１の温度が下がり、固定子ハウジング５への伝熱量を下げることができる。
冷却用の流体は、水やオイルに例示される液体が使用される場合がある。冷却用の流体は、別途設けられるポンプ（図示なし）により流路１５に移送される。
【００３５】
なお、流路１５が、上記に記された実施の形態２〜４の場合と併用して使用される場合もある。
【００３６】
（実施の形態６）
図７を参照して、実施の形態６が説明される。実施の形態１と同じ部分は同じ記号が付され説明は省略される。
本実施の形態６では、実施の形態１のスクロール１と、別途設けられる低温源２１を接続する伝熱部材２０が設置される。伝熱部材２０によりスクロール１の熱が低温源２１に放熱されることにより、スクロール１の温度が下がり、固定子ハウジング５への伝熱量を下げることができる。
伝熱部材２０は、熱伝導率の大きい物質で作製されることが好ましい。伝熱部材２０は、スクロール１の部材と少なくとも同程度、もしくはより大きい熱伝導率の材質で作製される場合がある。
低温源２１は、潤滑油配管、冷却水配管、外装カバーに例示される。
【００３７】
なお、伝熱部材２０が、上記に記された実施の形態２〜５の場合と併用して使用される場合もある。
【００３８】
上記の実施の形態形態１〜６で説明された圧縮機は、ターボチャージャー、燃料電池用圧縮機で使用される場合がある。特に、全体の装置をコンパクトにする必要があり、モータ１１と遠心圧縮機７の間を狭くしたい装置で使用されることが好ましい。
さらに、モータ１１が補助的に使用される装置で、タービンなどにより遠心圧縮機７が高速で駆動される装置に使用されることが好ましい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の圧縮機は、固定子ハウジングの温度上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施の形態１で説明されるモータと遠心圧縮機の断面の概要を示す。
【図２】図２は、実施の形態１で説明される別の形態のモータと遠心圧縮機の断面の概要を示す。
【図３】図３は、実施の形態２で説明されるモータと遠心圧縮機の断面の概要を示す。
【図４】図４は、実施の形態３で説明されるモータと遠心圧縮機の断面の概要を示す。
【図５】図５は、実施の形態４で説明されるモータと遠心圧縮機の断面の概要を示す。
【図６】図６は、実施の形態５で説明されるモータと遠心圧縮機の断面の概要を示す。
【図７】図７は、実施の形態６で説明されるモータと遠心圧縮機の断面の概要を示す。
【符号の説明】
１ スクロール
２ 回転翼
３ 回転子
４ 固定子
５ 固定子ハウジング
６ 回転軸
７ 遠心圧縮機
８ 接続部
９ 空間
１０ フィン
１１ モータ
１５ 流路
２０ 伝熱部材
２１ 低温源

Claims (13)

1. 固定子と回転子を備えるモータと、
   前記固定子をカバーする固定子ハウジングと、
   前記モータにより駆動される回転翼と、
   前記回転翼により気体が圧送されるスクロールと、
   を具備し、
   前記スクロールと前記固定子ハウジングは一体に設置され、前記スクロールと前記固定子ハウジングの間に伝熱を抑制する伝熱抵抗部を有する、
   圧縮機。
2. 固定子と回転子を備えるモータと、
   前記固定子をカバーする固定子ハウジングと、
   前記モータにより駆動される回転翼と、
   前記回転翼により気体が圧送されるスクロールと、
   を具備し、
   前記スクロールと前記固定子ハウジングは一体に設置され、前記スクロールと前記固定子ハウジングの間に凹部を有する、
   圧縮機。
3. 固定子と回転子を備えるモータと、
   前記固定子をカバーする固定子ハウジングと、
   前記モータにより駆動される回転翼と、
   前記回転翼により気体が圧送されるスクロールと、
   を具備し、
   前記スクロールと前記固定子ハウジングは一体に設置され、前記スクロールと前記固定子ハウジングの間は、前記回転翼の外周から前記モータの回転軸までの距離より前記回転軸の近くで接続される、
   圧縮機。
4. 固定子と回転子を備えるモータと、
   前記固定子をカバーする固定子ハウジングと、
   前記モータにより駆動される回転翼と、
   前記回転翼により気体が圧送されるスクロールと、
   を具備し、
   前記スクロールと前記固定子ハウジングは一体に設置され、前記スクロールと前記固定子ハウジングの間は、前記スクロールより熱伝導率の小さい物質を介して接続される、
   圧縮機。
5. 固定子と回転子を備えたモータと、
   前記固定子をカバーする固定子ハウジングと、
   前記モータにより駆動される回転翼と、
   前記回転翼により気体が圧送されるスクロールと、
   を具備し、
   前記固定子ハウジングは前記スクロールより熱伝導率の小さい物質で作製される、
   圧縮機。
6. 前記スクロールは、外表面に放熱用フィンを備える、
   請求項１〜５の少なくとも何れか一項に記載された圧縮機。
7. 前記固定子ハウジングは、外表面に放熱用フィンを備える、
   請求項１〜６の少なくとも何れか一項に記載された圧縮機。
8. 前記スクロールは、内部に冷却用流体が流れる冷却通路を備える、
   請求項１〜７の少なくとも何れか一項に記載された圧縮機。
9. さらに、低温度部材を備え、
   前記スクロールは、前記低温度部材と、前記スクロールの材料と同等以上の熱伝導率を有する部材で接続される、
   請求項１〜８の少なくとも何れか一項に記載された圧縮機。
10. 前記低温度部材は、潤滑油配管、冷却水配管、外装板の少なくとも何れかである、
    請求項９に記載された圧縮機。
11. さらに、前記回転翼を駆動するタービンを供える、
    請求項１〜１０の少なくとも何れか一項に記載された圧縮機。
12. 請求項１〜１１の少なくとも何れか一項に記載された圧縮機を具備する、
    ターボチャージャー。
13. 請求項１〜１１の少なくとも何れか一項に記載された圧縮機を具備する、
    燃料電池。

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