JPH01249993A - 高温ガス用ブロワ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高温ガス例えば５００℃以上の高温で有毒ガ
スを取扱う溶融炭酸塩型燃料電池発電システム等に用い
られる高温ガス用ブロワに関するものである。

（従来の技術） 一般に、プロワを駆動するモータはプロワの連続運転に
当たり、モータのコアが発熱するので、これを冷却する
必要があるため、従来はモータのケーシングの外側にジ
ャケットを設け、冷却水を通したり、モータ内部に冷却
用ガスを送り込んでモータ冷却を行っていた。

殊に、モータ端にブロワケーシングを直接取付けたブロ
ワでは、取扱いガスが高温ガス例えば５００℃以上とな
るとインペラを経て熱がインペラの裏面に達し裏側のケ
ーシング壁を介してモータ内に熱が伝達され、モータ内
部が高温となり冷却不十分となって磁気特性が低下する
傾向があり、効率が悪く実用的ではなく保守も煩雑とな
ることが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような従来のブロワにおいては、モータ内部の冷却
を行なってもステータは内外から冷却することはできる
が、ロータは外側のみから冷却されるのみなので冷却が
不十分となって、しかもモータのコアは発熱するが、特
に高温ガスを扱うブロワにおいてはインペラからの伝熱
による加熱により二次導体やコアが高温となり、４００
℃以下にすることが困難で効率低下となるため実用的に
は扱いガスの温度にも制約を受けて使用できないなどの
問題点を有するものであった。

本発明は、従来のもののこれら欠点を排除し、高温ガス
でもその取扱いガスに制約を受けることなく用いられ、
保守容易で高効率で安全に運転できるブロワを提供する
ことを目的とするものである。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明は、回転子と固定子とからなるモータを内装する
モータケーシングの一端にブロワケーシングを直接取付
け、このモータケーシング及びブロワケーシングの中心
を貫いて設けられた固定軸にスパイラル溝ラジアル動圧
軸受を介して回転可能に支承された回転子とインペラと
を設け、この回転子とインペラとを主として回転トルク
のみを伝達できるポリゴン接手構造で連結すると共に、
モータ回転子の後面をモータケーシングに、またインペ
ラ前面を前記ブロワケーシング内の支承体にそれぞれス
パイラル溝スラスト動圧軸受で支承したことを特徴とす
る高温ガス用ブロワである。

〔作　用〕

本発明の高温ガス用ブロワは、モータ４に通電すればモ
ータ回転子２は回転を開始し、インペラ１０により取り
扱い気体の高温ガスの吸込み及び吐出を行いながら定常
運転状態に至る。そのとき、インペラｌＯをモータ４側
に押し付けるようなスラストが作用しているときには、
インペラｌＯ及びモータ回転子２の後面のスパイラル溝
スラスト動圧軸受部１５でそのスラストを受け、逆向き
のスラストが作用するときには、インペラｌＯの前面の
スパイラル溝スラスト動圧軸受部１４で受けると共に、
ラジアル力はラジアル軸受部１２とインペラ１０の内面
、及びラジアル軸受部１３．１３とモータ回転子の内面
とより成る三つのスパイラル溝ラジアル動圧軸受により
受ける。またブロワケーシング内に流過する高温ガスの
熱はインペラを経てインペラ裏側のケーシング壁に伝達
されようとしてもインペラと回転子との間に介在される
ポリゴン接手構造２１で直接伝達される熱を遮断し、モ
ータ回転子の昇温を抑制し、さらに異材質の連結構造体
での熱膨張変化にも破壊されることな（対応できる構成
となっている。

このブロワの連続運転により、モータ４は発熱するが、
中心固定軸１の中にある冷却用バイブロで熱の排出を行
なってモータ回転子を効率よ（冷却してモータの磁気特
性を損なわずに能率よく連続駆動運転することができ、
インペラの裏側から伝達される伝熱の遮断も有効に行っ
てモータ回転子が過熱されることもなく、その熱コント
ロールも容易でインペラの伝熱によってロータ巻線及び
コアが高温となるのを防止し、しかもラジアル動圧軸受
が回転体の内側に収容されていることによってインペラ
の軸寸法をも小さくでき熱変形又は熱膨張に対する保証
も容易に可能となって損失の僅少で円滑な回転を行うこ
とができ高温ガスを支障なく扱うことができるものであ
る。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図に示すブロワは、固定軸１に設けたモータ回転子
２と、該モータ回転子２に対設されたモータ固定子３と
からなるモータ４で前記固定軸ｌに配備した回転子２に
連結してインペラ１０をブロワケーシング５内に回転自
在に配備したプロワにおいて、前記固定軸ｌの外周に設
けたスパイラル溝のあるラジアル動圧軸受部１２，１３
．１３を介して回転可能に支承された前記回転子２及び
インペラｌＯとをモータ回転子２の後面及びインペラｌ
Ｏの前面それぞれにスラスト軸受部１４゜１５で支承す
ると共に、前記固定軸１中に熱交換器１６のある冷却用
の冷却用バイブロ例えばヒートパイプを配備して高温ガ
ス用プロワとしである。

そして前記モータ４を内装するモータケーシング８の一
端にブロワケーシング５を直接取付け、このモータケー
シング８及びブロワケーシング５の中心を貫いて設けら
れた固定軸１にスパイラル溝ラジアル動圧軸受１２，１
３．１３を介して回転可能に支承されたモータ回転子２
とインペラ１０とを設け、この回転子２とインペラ１０
とを軸方向には逃げうる接合状態で主として回転トルク
を伝達できるポリゴン接手構造２１で連結しである。

前記インペラ１０としては、セラミックス焼結体製のイ
ンペラを用い、セラミックス焼結体製のスリーブ端面に
接続されるものであって再接合面に互に嵌合する内筒部
、外筒部を形成したポリゴン接手構造２１例えば断面角
形成いは楕円形としたもので、インペラ１０側と回転子
２側との間に大きな温度差が生じて寸法が変化しても常
に慣性中心を保持して両者が回転すべくかみ合い位置が
好適に決められるものであるから温度差の激しい回転体
のトルク伝達機構といえる。また、必要に応じ接合部に
耐熱性合成樹脂、炭化系素材若しくは繊維系部材の熱膨
張を吸収しうるフレキシブル材料を介在させてもよい。

第１図例では前記モータ回転子２が、一端にフランジ部
２．を形成した回転子スリーブ１９で前記インペラ１０
と連結され、このインペラ側の一端はインペラｌＯ及び
モータ回転子２の内面と固定軸外周面とでスパイラル講
ラジアル動圧軸受部１２．１３を形成し、かつ他端は回
転子スリーブ１９の内周面と前記固定軸外周面とでスパ
イラル溝ラジアル動圧軸受部１３を形成して支承しであ
るが、前記モータ回転子２の一端にフランジ部２゜を形
成し、回転子スリーブ１９にロータ巻線２０を嵌装して
他端にボス１）で固着したものであって、前記フランジ
部２．とボス１）との外周面の両端とモータケーシング
内周面８．．８．とでそれぞれスパイラル溝ラジアル動
圧軸受部を形成して支承してもよく、いずれにしても前
記モータ回転子スリーブ１９と固定軸ｌとの嵌合隙間が
、動圧発生ガス連通路として形成されているものであっ
て、ブロワケーシング５とモータケーシング８との内部
を強制循環する流路の一部として、前記モータ回転子２
と固定子３とのキャン間隙を介してインペラ１０の内外
周にある流出入部に接続して構成しである。

前記モータ４を内装するモータケーシング８は、断熱材
からなる後ケーシング７のあるブロワケーシング５に直
接取付けられていて、このモータ４のモータケーシング
８の後端に取付けられたエンドブラケット９と、前ケー
シングとなるブロワケーシング５の吸込口１７に設けら
れた支承体１８との間にはブロワケーシング５及びモー
タケーシング８の中心を貫いて１本の固定軸ｌが配備さ
れている。

また前記インペラ１０はセラミックス焼結体製の回転子
スリーブ１９を介して、セラミックス焼結体又は硬質金
属製の支持リングのボス１）でモータ回転子２とともに
一体化されインペラｌＯ及びモータ回転子２の何れも内
面は滑らかな円筒状面に仕上げられて固定軸ｌに嵌合さ
れている。インペラＩＯ及び回転子２が嵌合する固定軸
ｌの部分にはへリングボーン状スパイラル溝が設けられ
てラジアル軸受部１２．１３が形成され、それぞれイン
ペラ１０の内面、モータ回転子２の内面とでスパイラル
溝ラジアル動圧軸受を形成している。

さらにこのインペラ１０とボス１）との間には、ロータ
巻線２０をモータ回転子スリーブ１９に固定したモータ
回転子２が取り付けられ、インペラ１０とモータ回転子
２とボス１）は一体となってラジアル軸受部１２，１３
．１３上の３Ｍｉのスパイラル溝ラジアル動圧軸受を介
して回転可能に支承されている。

前記インペラ１０の前面とモータ回転子２の後面には平
滑に仕上げられた軸直角面の回転側スラスト受面１４．
．１５１が設けられ、それに対向して支承体１８とモー
タケーシング８とにそれぞれセラミックス焼結体製の軸
受部１４．１５が設けられている。

軸受部１４．１５の、回転側スラスト受面１４１゜１５
、に対向する固定側スラスト受面にはスパイラル溝が設
けられ、回転側スラスト受面１４１，１５゜が正転向き
の向きに回転したときに動圧発生用の気体が溝に沿って
流れ、動圧を発生するようになっており、軸受部１４．
１５と回転側スラスト受面１４．．１５．とでスパイラ
ル溝動圧スラスト軸受を形成している。

ラジアル軸受の軸受部１２．１３及びスラスト軸受の軸
受部１４．１５の固定側スラスト受面に設けられている
スパイラル溝は、全体のうねりが３μ−以下であり、平
均面粗さＲａが０．１μ園以下に形成された平滑な平面
に深さ５〜３０μ閣程度の深さに設けられている。スパ
イラル溝の加工はランドに相当する表面を樹脂マスクで
覆い、ショツトブラストするなどの方法により行えばよ
い。

また、ラジアル動圧軸受としては、図に示した設置位置
の他にモータ回転子２のインペラ材料側の端部に同様の
ラジアル動圧軸受を設け、インペラｌＯを１つのラジア
ル動圧軸受で支え、モータ回転子２を他の２つのラジア
ル動圧軸受によって支えることもできる。

なお前記モータ回転子２とインペラＩＯとは、セラミッ
クス焼結体製であって、それぞれセラミックス焼結体製
のラジアル動圧軸受とスラスト動圧軸受とで支承されて
、熱伝導を遮断できるようにするのがよく、さらに前記
ブロワケーシング５もモータケーシング８に断熱材を介
在して取付けてモータケーシング内の昇温を防止する形
態したものであって、ブロワケーシング５内に設けた支
軸支承体１８をもセラミックス焼結体で構成するのもよ
いし、前記ブロワケーシング５が、モータケーシング８
に直接取付けられているので該モータケーシング８に熱
交換器１６１のある冷却用のヒートバイブロ１を適宜配
備することも考慮される。また、モータの冷却を促進す
るためにはヒートパイプよりも放熱効果が優れている強
制循環式の冷却手段を用いればよい。

前記モータ回転子２は密閉するロータキャンを、また、
モータ固定子３も密閉するステータキャンを持ち、前記
インペラ１０の前面及びモータ回転子２の後面それぞれ
に、設けられたセラミックス焼結体製のスパイラル溝ス
ラスト動圧軸受と、前記モータ回転子２の軸方向の両端
部に備えられたスパイラル溝ラジアル動圧軸受１２．１
３とは夫々ブロワが取扱う気体によって潤滑されている
ので、回転時の発熱が掻めて少なく、かつ外部からの格
別な潤滑流体を補給を必要とせず、ガス洩れのない安全
なりローズドタイプとしてあり、さらにスパイラル溝ラ
ジアル動圧軸受は基本的には回転軸の振幅は掻めて小さ
いものであることがら、冷却のための固定軸ｌの外周面
とその外周側で回転している回転子スリーブ１９の内周
面とのすきまを極めて近接したものとすることができ、
固定軸ｌによる回転部分の冷却をより効果的なものとし
ている。

図中、２２はシール部材、２３は吐出口である。

以上の説明におけるセラミックス焼結体としては、硬質
で化学的に安定なものが望ましく　、ＳｉＣ焼結体、５
ｉＪａ焼結体、ＡＩＺＯｓ焼結体、ＺｎＯ２焼結体など
が用いられる。また、他のインペラ材料としては、Ｔｉ
−へｉ合金、Ｔｉ−Ｔｉ合金、ステンレス鋼など高温に
耐える金属材料や耐熱性樹脂などであってもよい、この
場合、モータ回転子スリーブを構成する耐熱材料として
は、ＳｉＣ，Ｓｉ３．Ｎｔ＋　Ａ　Ｉ−ｚ（ｈ等のセラ
ミックス焼結体の他にステンレス鋼、ニッケル基合金な
どの耐熱材料がある。そしてモータ回転子の冷却効果を
高めるためＳｉＣ焼結体や耐熱合金などの熱伝導性の良
い材料を選択することが望ましい。

またスパイラル溝のラジアル、スラスト動圧軸受の固定
側の軸受面にスパイラル溝を設けたものを示したが、回
転側にスパイラル溝を設けてもよい。

前記インペラ１０が、セラミックス焼結体製である場合
は、扱いガスが高温であっても伝熱を遮断してモータ、
特にモータ回転子が高温になるのを防ぎ、高温ガスの扱
いを可能とする。また、インペラ１０の材料としてはセ
ラミックス焼結体ばかりでなく、耐熱合金、耐熱樹脂な
ど使用条件に適した他の材料を用いることができる。

なお、回転軸方向は、水平軸とした横型としであるが、
インペラ１０を上方にした竪型としてもよいしインペラ
ＩＯを下方とした垂直軸、としても差支えない。

〔発明の効果〕

本発明は、回転子と固定子とからなるモータを内装する
モータケーシングの一端にブロワケーシングを直接取付
け、このモータケーシング及びブロワケーシングの中心
を貫いて設けられた固定軸にスパイラル溝ラジアル動圧
軸受を介して回転可能に支承された回転子とインペラと
を設け、この回転子とインペラとを主として回転トルク
を伝達できるポリゴン接手構造で連結すると共に、モー
タ回転子の後面をモータケーシングに、またインペラ前
面を前記ブロワケーシング内の支承体にそれぞれスパイ
ラル溝スラスト動圧軸受で支承したことによりインペラ
とモータ回転子との連結状態は回転トルクのみを伝達で
き軸方向に逃げられる連結状態となっているので、温度
歪の影響を防ぎ安全性と耐久性を大幅に高められ、また
、インペラとモータ回転子とは夫々別のラジアル動圧軸
受によって支えられているので安定性が良く、モータは
吸込側の高温の扱い気体の熱やモータの摩擦発熱があっ
てもモータ回転子内側で排熱して冷却作用を増大して、
モータ内、特にモータ回転子部の温度上昇を防ぐことが
でき、またブロワケーシング内に流過する高温ガスの熱
はインペラを経てインペラ裏側のケーシング壁に伝達さ
れようとしてもインペラと回転子との間に介在されるポ
リゴン接手構造で直接伝達される熱を遮断し、モータ回
転子の昇温を抑制し、さらに異材質の連結構造体での熱
膨張変化にも破壊されることなく対応できる構成となっ
ているので、モータの磁気特性が低下することもなく安
定した運転が可能で高温のガスを支障なく扱うことがで
きるし、その効率も著しく向上でき、かつ熱コントロー
ルも容易で保守保安上に優位であってプロワの軸寸法も
大１）に短縮化できコンパクトで安全なプロワとするこ
とが可能な実用上極めて大なる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の縦断面図、第２図は第１図１
−１線の拡大断面図である。 ■・・・固定軸、２・・・モータ回転子、２．・・・フ
ランジ部、３・・・モータ固定子、４・・・モータ、５
・・・ブロワケーシング、６・・・冷却用パイプ、６１
・・・ヒートパイプ、７・・・後ケーシング、８・・・
モータケーシング、９・・・エンドブラケット、ｌＯ・
・・インペラ、１）・・・ボス、１２．１３・・・ラジ
アル軸受部、１４．１５・・・スラスト軸受部、１６・
・・熱交換器、１７・・・吸込口、１８・・・支承体、
１９・・・回転子スリーブ、２０・・・ロータ巻線、２
１・・・ポリゴン接手構造。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転子と固定子とからなるモータを内装するモー
   タケーシングの一端にブロワケーシングを直接取付け、
   このモータケーシング及びブロワケーシングの中心を貫
   いて設けられた固定軸にスパイラル溝ラジアル動圧軸受
   を介して回転可能に支承された回転子とインペラとを設
   け、この回転子とインペラとを主として回転トルクのみ
   を伝達できるポリゴン接手構造で連結すると共に、モー
   タ回転子の後面をモータケーシングに、またインペラ前
   面を前記ブロワケーシング内の支承体にそれぞれスパイ
   ラル溝スラスト動圧軸受で支承したことを特徴とする高
   温ガス用ブロワ。
2. （２）前記インペラが、セラミックス焼結体製であって
   、そのボス端面と、該ボス端面に対設されるセラミック
   ス焼結体製の回転子スリーブ端面との両接合面に互に嵌
   合する内筒部、外筒部でポリゴン接手を形成したもので
   ある請求項１記載の高温ガス用ブロワ。
3. （３）前記モータ回転子が、軸方向の前後にあるスパイ
   ラル溝ラジアル動圧軸受で支承され、かつ同軸上にある
   他のスパイラル溝ラジアル動圧軸受で前記インペラを支
   承した請求項１又は２記載の高温ガス用ブロワ。