JPH01249985A - 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、ブロワを駆動するモータはブロワの連続運転に
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÷′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〕

このような従来のプロワにおいては、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のが
特に高温ガスを扱うプ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、４０
０℃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プロワを提供する
ことを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 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弾性的に支持できる
弾性部材を介在して主として回転トルクを伝達できる接
手構成で連結したことを特徴とする高温ガス用プロワで
ある。

〔作　用〕

本発明の高温ガス用プロワは、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１０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ＩＯ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１０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ｌＯの内面
、及びラジアル軸受部１３とモータ回転子の内面とより
成る二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クリア
ランス弾性部材２１と凹凸接合面２１．とて直接伝達さ
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。

このプ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ｌの中にある冷却バイブロで熱の排出を行な
ってモータ回転子を効率よく冷却してモータの磁気特性
を槓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図に示すプロワは、固定軸ｌ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１に配備したインペラｌ
Ｏ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１０とをモータ回
転子２の後面及びインペラ１０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バイブロ例えばヒー
トパイプを配備して高温ガス用ブロワとしである。

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ｌ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モータ回転子２とインペラ１０と
を設け、この回転子とインペラとを弾性的に支持できる
弾性部材２１を介在して主として回転トルクを伝達でき
る接手構成２４で連結しである。

前記インペラとしては、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スリーブ端面に接続さ
れるものであって両接合面に互に嵌合する凹凸を形成し
た接手構成２４としたもので、前記弾性部材としては耐
熱性でポリピロメツトイミド、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用いる
のがよい。

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１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１１でモータ回転子２とともに一体
化されインペラ１０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１に嵌合されて
いる。インペラ１０及び回転子２が嵌合する固定軸１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
ＩＯ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ＩＯとボス１１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１１は一体となってラジアル軸受部１２．１３
上の２組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ＩＯ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＋
、１５＋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１４．。

１５１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１４．．１５１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１
４．１５と回転側スラスト受面１４１．１５．とてスパ
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謡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１０側の端部に同様の
ラジアル動圧軸受を設け、インペラ１０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１０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１６．のある冷却用のヒートバイブロ、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ｌＯ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、前記固定軸と前記インペラ１０及び
モータ回転子２との間の前記スパイラル溝ラジアル動圧
軸受に導く導通路をブロワケーシング内に連通して形成
してガス洩れのない安全なりローズタイプとしてあり、
前記モータ回転子２の内側から冷却するばがりでなく、
軸受部１２．１３及び軸受部１４．１５に導かれ、スパ
イラル溝ラジアル動圧軸受、スパイラル溝スラスト動圧
軸受において動圧発生作用を行うようになっている。

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
ｉｓＮｎ焼結体、Ａ　ｌ　ｔＯｚ焼結体、Ｚｎ０ｇ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−＾１合金、Ｔｉ−Ｔｉ合金、ステンレス調、等
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
。

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ＩＯ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
１０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弾性的に支持できる
弾性部材を介在して主として回転トルクを伝達できる接
手構成で連結したことによりインペラとモータ回転子と
の連結状態は軸方向に逃げられる弾性的連結状態となっ
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
間に介在されるクリアランス調整部材と凹凸接合面とで
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巾に短縮化でき
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図は一部の拡
大断面図である。 ｌ・・・固定軸、２・・・モータ回転子、３・・・モー
タ固定子、４・・・モータ、５・・・ブロワケーシング
、６・・・冷却パイプ、６．・・・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、１０・・・インペラ、Ｉｔ・・・
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、２１・・・弾性部材、２４・
・・接手構成。

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弾性的に支持できる弾性
   部材を介在して主として回転トルクのみを伝達できる接
   手構成で連結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
   、セラミックス焼結体製スリーブ端面に接続されるもの
   であって両接合面に互に嵌合する凹凸を形成したもので
   ある請求項１記載の高温ガス用ブロワ。
3. （３）前記弾性部材が、耐熱性でポリピロメリッドイミ
   ド、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である請求項１又は２記載の高温ガ
   ス用ブロワ。